第３２卷第５期 江西理工大学学报 Ｖｏ１．３２，Ｎｏ．５ ２０１１年１０月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏＣｔ． ２０１１ 文章编号：１００７—１２２９（２０１ １）０５—００５３—０３ 基于ＳＰＣＥ０６ １Ａ的多功能智能小车的设计 李玉晓， 赖阳明， 刘少华 （江西理工大学理学院，江西赣州３４１０００） 摘 要：研究设计基于单片机ＳＰＣＥ０６１Ａ的智能小车，论述系统的硬件电路设计及其原理，并进 行相应的软件设计，实现了小车的语音识别与控制、自动避障、自动循迹等三大功能． 关键词：ＳＰＣＥ０６１Ａ；智能小车；避障；循迹 中图分类号：ＴＰ２３ 文献标识码：Ａ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃａｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＰＣＥ０６１Ａ ＬＩ Ｙｕ－ｘｉａｏ，ＬＡＩ Ｙａｎｇ－ｍｉｎｇ，ＬＩＵ Ｓｈａｏ－ｈｕａ （Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｊｉａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇａｎｚｈｏｕ ３４１０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ｍｕｈｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃａｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＣＵ ＳＰＣＥ０６１Ａ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｉｔｓ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｒｅ ｓｔａｔｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｎ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ ｒｅａｌｉｚｅｓ ｔｈｒｅｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃａｒ—ｓｐｅｅｃｈ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ，ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ，ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｍａｒｋ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｉｓ ｆｕｌｆｉｌｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＳＰＣＥ０６ １ Ａ；ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃａｒ；ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ；ｍａｒｋ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ 目前．如何提高汽车的性能以满足广大消费者 止等操作．自动循迹是指小车沿着光亮地面上预 的需求，已成为一个极其普遍的问题，国内外已经 先设定好的黑线轨迹行走，实现该功能用到了光电 有了很多关于汽车自适应驾驶的理论和实验．本 传感器，光电传感器不断向地面发射红外线，利用 设计旨在研究一种集各种传感器于一体及语音控 黑白色地面对红外线的反射程度不同．判别小车偏 制的智能小车，可将其应用于考古、机器人、医疗器 离路径的多少，从而及时调整行走方向，实现自动 械等诸多领域。在现代汽车智能研究方面具有很好 循迹．对于自动避障，则是利用超声波传感器不断 的发展前景ｌ】－２］． 检测前方的障碍物．根据检测到的离障碍物的距离 １智能小车的工作原理 来做出相应的动作．使小车避免撞到障碍物． 该小车主要实现三大功能：语音的识别与控 ２系统硬件设计 制、自动避障以及自动循迹．语音识别与控制功能 的原理是将操作者的语音命令训练存储到小车的 系统硬件设计主要包括以下几个模块：控制核 单片机，小车根据操作者发出的语音命令，进行识 心、驱动模块、语音识别控制模块、避障模块和循迹 别及执行相应的自动前进、后退、左转、右转以及停 模块等．其结构如图１所示． 收稿日期：２０１１－０６—０７ 基金项目：江西省教育厅科研资助项目（ＧＪＪ１ １４６８）；２００９年校级质量工程资助项目 作者简介：李玉晓（１９８３一），女，助教，主要从事信息与信号处理、数字图像处理等方面的研究，Ｅ－ｍａｉ１：４７２６１９１１５＠ｑｑ．ｃｏｒｎ． 江西理工大学学报 ２０１１年１０月 图１系统结构框图 ２．１控制器简介 由于智能小车功能模块众多，需要实时处理的 数据量大，系统比较复杂，所以要求控制器具有资 源丰富、处理速度快的优点［３］．ＳＰＣＥ０６１Ａ具有这方 面的优点，特别是语音处理能力强，非常适合用于 语音识别和控制． ＳＰＣＥ０６１Ａ是继ｐ￣＇ｎＳＰＴＭ（Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）系列产品ＳＰＣＥ５００Ａ等之后凌阳 科技推出的一款１６位结构的微控制器，内嵌了 ３２Ｋ字的闪存。处理速度较快，能够非常容易的快 速处理复杂的数字信号。是语音识别应用领域产品 的一种最经济的选择 ．ＳＰＣＥ０６１Ａ具有２个ｌ６位 可编程定时／计数器、３２位通用可编程输入／输出端 口、７通道１０位电压模一数转换器（ＡＤＣ）、１４个中断 源。同时提供高性能的指令集，且允许Ｃ语言、汇 编语言混合编程．这为实现各种复杂功能提供了广 阔空间． ２．２驱动电路模块 文中所设计的小车为四轮结构．有两个直流电 机，前轮驱动电机和后轮驱动电机．小车前面两个 轮子称为方向轮，控制小车的方向；后面两个轮子 为驱动轮，为小车提供行进时的动力．其中，方向 轮由前轮驱动电机控制．而驱动轮则由后轮驱动电 机加以控制． 小车前轮和后轮驱动电路相同，皆为全桥驱动 电路，后轮驱动电路如图２所示．其中，Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、 ９６共４个三极管组成４个桥臂，Ｑ４和ｐ５组成一 组，Ｑ３和Ｑ６组成一组，Ｑ１控制Ｑ３、Ｑ６的导通与 关断，Ｑ２控制Ｑ４和Ｑ５的导通与关断，而Ｑ１和 ｐ２由单片机Ｉ／Ｏ口ＩＯＢ８和ＩＯＢ９控制（前轮驱动 电路为ＩＯＢ１０和ＩＯＢ１１）．当ＩＯＢ８为高电平、ＩＯＢ９ 为低电平时Ｑ４和Ｑ５导通，Ｑ３和Ｑ６截止，后轮电 机正转．小车前进：反之当ＩＯＢ８为低电平、ＩＯＢ９为 高电平时Ｑ４和Ｑ５截止，Ｑ３和Ｑ６导通，后轮电机 反转，小车倒退；而当ＩＯＢ８、ＩＯＢ９同为低电平时 Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５和Ｑ６都截止，后轮电机停转，小车停止 运动．值得注意的是ＩＯＢ８、ＩＯＢ９不能同时为高电 平．否则会造成前轮驱动全桥的桥臂短路． 图２后轮驱动电路 结合以上对前轮和后轮的状态分析，得到小车 的运行状态与输入信号的对照表，如表１所示． 表１小车运行状态与输入信号对照表 ＩＯＢ１１ ｌＯＢ１０ ＩＯＢ９ ＩＯＢ８ 后电机 前电机 小车 停转 停转 停 正转 停转 前进 反转 停转 倒退 正转 正转 左前进 正转 反转 右前进 反转 正转 右后退 反转 反转 左后退 停转 禁止 停转 ２．３语音识别控制电路模块 与自动循迹、自动避障两个功能的实现相比， 语音识别控制的实现则较为复杂和困难，凌阳科技 推出了以单片机ＳＰＣＥ０６１Ａ为核心的精简开发仿 真实验板，具备单片机最小系统电路、电源电路、音 频电路（含ＭＩＣ输入部分和ＤＡＣ音频输出部分）、 复位电路等，采用电池供电，极大的方便了该系统 的设计．由此，系统语音识别控制电路则不需要设 计．只需利用该实验板上的资源，进行软件设计即 可实现语音的识别控制． ２．４避障电路模块 障碍检测的基本原理是小车不断的发射光或 波。同时不断检测所发射的光或波的反射情况，以 此来检测前方是否有障碍物［５１．设计采用超声波传 感器组，具有体积小、灵敏度高、检测距离远、对障 碍物要求不高等诸多优点．超声波发射器向某一 方向发射波。在发射时刻开始计时。超声波在空气 中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接 收器收到发射波就立即停止计时［６１．超声波在空气 中的传播速度为３４０ ｍ／ｓ，根据计时器记录时间ｔ， 就可以计算出发射点距离障碍物的距离ｓ，即ｓ＝ ３４０ ｔ／２．当计算的距离小于程序中设定的障碍安全 第３２卷第５期 李玉晓，等：基于ＳＰＣＥ０６１Ａ的多功能智能小车的设计 ５５ 距离时，则认为遇到障碍，这个距离可以方便的在 程序中调节，使得障碍检测变得更加灵活． ２．５循迹电路模块 ４系统调试 为测试小车的性能，对小车的语音识别、障碍 物检测以及自动循迹效果进行测试．测试结果如 表２、表３所示． 表２语音识别测试结果 实验次数 循迹是小车在行进过程中不断对线轨进行光 电检测，来达到沿着线轨自动行走的目的ｒ７ ．设计 利用光电式传感器ＴＣＲＴ５０００，采用红外探测法对 线轨进行光电检测，ＴＣＲＴ５０００是一种自带发光二 极管和光敏二极管的光电对管，小车在行进过程 中，发光二极管不断的发射红外线，同时光敏二极 第１次第２次第３次第４次第５次 管不断的对红外线进行检测。红外线遇到黑色线轨 则会被吸收而不会被光敏二极管接收到，遇到白色 线轨由于不会被吸收而发射回来．从而被光敏二极 管接受到，由此来控制小车的行进．所设计的循迹 电路如图３所示． 图３循迹电路 ３系统软件设计 系统的软件设计主要包括对语音模块、避障模 块以及循迹模块的设计．设计中。所使用的软件开 发平台是ＩＤＥ集成开发环境，采用凌阳单片机，用 Ｃ语言和汇编语言进行编程，并采用模块化的编程 思想，以便于管理和修改．具体则通过主程序调用 语音模块、避障模块以及循迹模块等各子程序来加 以实现．主程序流程见图４所示． 园 困 匡 匝 磊因 图４主程序流程图 语音识别成功率，％８２ ８６ ８７ ９０ ８６ 对小车的语音识别模块进行了５次测试．识别 结果较理想，正确识别率较高． 表３自动避障测试结果 另外，经多次测试，小车在自动寻迹模式下，可 沿角度不大于ｌ０。的线规行走． ５结束语 系统分别对智能小车的硬件和软件进行设 计，实现了小车的语音识别与控制、自动避障以及 自动循迹等功能，所设计的小车具有体积小、灵活 性强等特点，软件设计采用模块化编程思想，便于 修改、管理以及移植．实验证明小车能够很好的实 现语音的识别与控制、自动避障以及自动循迹三 大功能． 参考文献： …１刘军，刘广瑞．基于Ｈ８／３０４８Ｆ控制的智能小车『Ｊ１．微计算机信 息，２００９，９（２）：４８－４９． ［２】林志翔，肖宝森．新型多功能智能小车的设计与应用［Ｊ】＿现代电子 技术，２０１１，３４（６）：１３４—１３６． ［３】刘维，王祖麟．基于ＬＰＣ２１３８的智能金属探测小车设计Ｌ玎．江西 理工大学学报，２００８，２９（１）：３１—３３． 【４］罗亚非．凌阳１６位单片机应用基础［Ｍ】．北京：北京航空航天大学 出版社．２００３． ［５】杨桂林．基于ＡＴ８９Ｓ５２的智能小车的设计【ＪＪ．微计算机信息，２０１０， ２６（７）：１２４－１２５． 【６］龙桂铃，徐磊，侯英龙．基于单片机的智能车避障的实现【Ｊ】．计 算机与数字工程，２０１１，３９（３）：１８２—１８４． ［７】吴斌华．基于路径识别的智能车系统设计叨．电子技术应用，２００７， ２２（１）：３６－３８． ［８］苏敏，梁银丽，汪道辉．基于路径记忆算法的智能小车控制系统 的设计ｆＪ】．哈尔滨理工大学学报，２０１１，１６（１）：６４—６８．
