基于蓝牙和超声波的语音控制泊车系统

邱广萍，黎俊辉，宋妙姬

（华南农业大学珠江学院，广东 广州 510900）

基于蓝牙和超声波的语音控制泊车系统

邱广萍，黎俊辉，宋妙姬

（华南农业大学珠江学院，广东 广州 510900）

本设计在语音控制智能车的基础上加载蓝牙传输功能，能克服超近距离语音控制的缺点.采用蓝牙语音模块KRC-86B V4.0来实现蓝牙无线传输音频的功能，从而实现将人对这手机所说的话通过手机播放出来，之后通过蓝牙语音模块接收，并输出相应的模拟信号，供给单片机的模数处理模块ADC来处理，达到短距离语音控制小车的目的.

蓝牙语音模块；模拟信号；智能车

1 前言

本设计直接使用SPCE061A芯片的语音控制功能，增加蓝牙模块延长传输距离来实现较远距离的语音控制.自动泊车系统在国外早已不罕见，不过大多都是使用数据传输模块，而不是使用语音模块.目前国内也陆续出现拥有自动泊车功能的汽车，技术多数由厂家从国外引进.早期的自动泊车系统倾向把研究集中在对路面的感知和路径的规划方面，对路面情况要求比较严格，使用传感器比较多，成本比较高.基于此，设计一款基于语音控制的自动泊车系统，可以实现蓝牙语音通信功能，超声波测距停车功能，舵机转向角度控制功能等，集中在通过人为判断，通过语音来控制自动泊车的动作，对路面的状况要求不高，而且没有太多感知路径的传感器，成本比较低.本系统的开发设计有以下功能：

（1）可用语音控制各种转向角度.

（2）可12米距离内进行语音控制.

（3）用语音对模型车的控制命令进行训练.

（4）可调模型车前进和后退运动时间.

（5）课用超声波模块实现测距停车功能.

2 系统硬件结构和组成

系统由1个智能车底盘、2个动力驱动电机、1个转向舵机、1块带有SPCE061A芯片的凌阳61精简开发板、1块全桥电机驱动板、1个超声波模块（数量可以适量增加）和一个KRC-86B V4.0型号的音频蓝牙模块组成.

智能车的车架由透明的亚克力（一种透明的朔料板）做成的，装上轮子后的长度是29.5厘米，宽度为18.7厘米，车身上有不同位置的固定孔，供搭建和固定智能车部件使用.

智能车的舵机型号为FUTABA S3003，主要控制前轮，舵机会根据不同的脉冲信号使前轮转动不同的角度.

智能车的两个后轮分别用一个普通的动力电机来连接，这里要实现后轮的正转和反转的功能，需要把动力电机连接到一个全桥驱动的电路上，这时候只要用芯片的I/O输出适当驱动信号给全桥驱动电路，就能实现动力电机的正转和反转.

智能车的语音模块型号为KRC-86B V4.0，这个蓝牙语音模块具有蓝牙音响的功能，结合滤波电容、发光二极管和模拟音频的输出信号线，就能把手机软件接收到的语音命令通过蓝牙协议，把该信号传输到蓝牙语音模块之中，蓝牙语音模块会把模拟音频信号通过音频输出端口传送到凌阳单片机的模拟音频输入电路之中，再经过两级运算放大之后，进行自动增益，得到一个比较平衡稳定的模拟语音信号，在再供给单片机的模数处理模块ADC来处理，在模数处理模块处理完之后，就会输出相应的数字信号，供给SPCE061A芯片进行处理，再由编写的程序控制该芯片，通过SPCE061A芯片的I/O口给出相应的动作信号，驱动舵机和动力电机工作，从而达到利用蓝牙语音模块的距离来进行语音控制智能小车的目的.

除了通过蓝牙语音模块实现语音控制模型车的各种转向运动外，还外接了超声波模块，实现测距停车的功能.通过编程把蓝牙语音模块、超声波模块、控制板、电机驱动模块、电机还有舵机完美的结合起来，再把电源的稳定供电考虑进去，设计出一个功能基本完整的语音控制泊车系统.

3 系统的软件设计

首先设置一个语音播放函数，其中包含需要播放的语音资源数据的提取，这些语音数据是压缩编码好的，要送入解压缩的队列进行数据的解码，再在定时器中断的控制下进行数模转换，最后通过模拟信号的滤波、放大，然后通过扬声器来输出.

然后设置一个语音训练和语音存储的函数，人发出声音的时候，凌阳单片机在定时中断的控制下以一定速率地进行AD转换，也就是定时地进行AD采样，采集到的样本保存到一个数据队列里进行压缩编码，然后把压缩好的语音进行存储，存储成语音资源.语音数据的数据量非常大，占用的空间也非常大，所以一般要把采集到的语音进行压缩编码.

语音播放和录制存储都要定时中断的控制，因为无论是解码还是编码，采集声音都是需要有一定的采样率之下均匀地采集声音样本，用定时器实现定时中断，在中断里面执行.然后通过辨识函数来判断当前接收的语音是否与早已录制好的语音资源是否一样，这里的早已录制好的语音资源也就是智能车训练命令时录制进去的命令，这些命令存储在凌阳单片机的存储介质中，用以与当前接收的到语音命令作比较，然后识别出当前的命令是否正确，从而通过编程使单片机做出相应的动作.

除此之外，还有一些子函数，例如延时函数、中断函数还有定时器中断函数等，用这些函数编写成泊车系统所需要的各种动作函数，例如舵机需要脉冲函数，本设计就应用定时器中断来实现这个输送给舵机的脉冲函数.

4 KRC-86B V4.0模块与凌阳61精简开发板的连接

凌阳61精简开发板的语音控制距离十分有限，不能达到泊车系统的要求，所以把蓝牙语音模块加载到智能车上，就能使用蓝牙语音传输的这个距离进行语音控制自动泊车，解决语音控制距离的缺陷.

61板外接的小麦克风连接的是该开发板的模拟音频输入电路的模拟音频输入端，这里把这个端口定义为X1，一正一副，故为X1+和X1-两个引脚端口.模拟音频输入后，经过模拟音频输入电路连接到芯片，在经过两级运放和自动增益，由芯片对其进行处理.蓝牙语音模块KRC-86B V4.0的音频输出引脚输出的信号是音频模拟信号，可以直接接入凌阳单片机61板中模拟音频信号的ADC输入电路中.连接方法是把61板上的麦克风去掉，会出现两条个输入孔，其中一条是正极X1+，另一条是负极X1-，这就是音频输入电路的模拟信号的输入端.

蓝牙语音模块KRC-86B V4.0的引脚OUTR是模拟音频信号右声道的输出信号端，而引脚AGND是蓝牙语音模块的模拟音频信号输出的负极引脚.把10uF的滤波电容焊接到蓝牙语音模块的VCC引脚和GND引脚上，10uF滤波电容的正极焊接到VCC端，其负极焊接到GND端.再分别把蓝牙语音模块的VCC端和GND端引出两条接线，用来提供电源.

最后在智能手机上下载一个即时播放语音的软件，就可以实现把语音通过手机传输到凌阳61板上.打开手机的蓝牙，与蓝牙语音模块KRC-86B V4.0配对，然后打开刚下载的软件，这个时候，人对着手机下语音命令时，手机就会把人发出的的语音命令，转换成数字信号，再通过蓝牙协议传输到蓝牙语音模块KRC-86B V4.0中，KRC-86B V4.0模块再把输出的音频模拟信号，传输到凌阳61板的模拟音频信号的ADC输入电路中，再经过两级运算放大之后，进行自动增益，得到一个比较平衡稳定的模拟语音信号，在再供给单片机的模数处理模块ADC来处理，在模数处理模块处理完之后，就会输出相应的数字信号，供给SPCE061A芯片进行处理，再由编写的程序控制该芯片，通过SPCE061A芯片的I/O口给出相应的动作信号，从而达到利用蓝牙语音模块的距离来进行语音控制智能小车的目的.

5 结语

在此次设计主要是针对凌阳SPCE061A芯片做成的语音控制系统进行了研究和改良，介绍了单片机在泊车系统中的应用，系统操作简便，实用性高，并不是全自动自行检查自行泊车的系统，而是在人为的语音控制的前提下，通过发令人的观察，下达各种泊车运动方向的语音指令，能从第三者的角度上发现泊车上的位置问题，从而更清晰地理解当前小车的情况，从而进行控制.

采用单片机设计出语音控制的泊车系统，利用蓝牙模块KRC-86B V4.0实现稍远距离进行下达命令和语音控制，利用超声波模块实现测距停车的功能，以免出现泊车撞倒障碍物或行人的情况.本次设计模拟现实中的泊车情况，做出模拟的泊车所需要的动作，做出相应的动作语音指令，除了蓝牙传输语音命令时稍有延时，其他方面动作都相对的稳定，单片机控制装置具有制造成本低廉、控制性能良好等优点，而且方便对系统出现的问题进行调试和维护.本系统优越性主要在于可以用使用稍远距离用语音来控制单片机来做出各种输出.

总结全文，通过对系统的蓝牙语音模块、超声波模块、61板、动力电机驱动板和舵机几方面的结合，设计出来的系统达到了预期的效果，总体上完成了基于语音控制的自动泊车系统.当然，由于所学知识不足的原因等多方面影响，设计出来的系统只能达到自己预想的大部分功能，还存在很多不足的地方有待完善.希望通过以后更加努力的学习掌握更多知识来完成自己想要的更加自动化的自动泊车系统.

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TN95

A

1673-260X（2016）11-0026-02

2016-06-02

2015年省级大学生创新创业项目（201512623033）