基于语音控制的自主寻迹与避障智能小车设计

张 伟

(漳州职业技术学院电子工程学院 福建漳州 363000)

随着科技的不断进步，智能机器人的应用也越来越广泛，由单片机控制的智能小车的功能也越来越强大[1]。该设计结合语音识别技术，借助各类传感器循迹技术，利用单片机控制，设计出可以自动寻迹与避障的智能小车[2]。

该设计主要用语音控制小车完成如图1所示的寻迹与避障任务， 图中，A点为小车出发点，B、C、D、E、F、G点为障碍点，当给小车相应的点寻迹控制指令后，机器人小车自动循迹，按照语音提示找到相应的障碍点，实现语音识别和智能寻迹、避障功能。

图1 智能小车寻迹避障线路图

1硬件设计方案

该小车采用4节1.5V电池供电，稳压后得到5V电压为系统供电。以AT89C51单片机作为控制主控芯片，系统由自主寻迹单元、避障单元、语音识别单元等部分组成。该系统工作时，由用户发送指令给语音模块，语音模块读取信息后送单片机[3]，单片机根据读取信息利用传感器自主寻迹，控制小车找到相应的位置点，并通过LCD显示模块显示该点位置信息，通过红外传感器和单片机控制完成对该点的避障功能。小车硬件系统框图如图2所示。

图2 智能小车硬件框图

2.1驱动模块设计

驱动模块主要实现对小车基本动作的控制，包含前进、后退、左转和右转等动作。该智能小车的电机主要采用线性PWM控制脉冲宽度来控制小车运动。根据小车左轮和右轮不同的脉冲宽度控制小车处于不同的运动状态[4]，如表1所示。

2.2自主寻迹模块

该模块主要利用三个光电传感器进行寻迹，软件设计上通过设置一个参数G来判断不同点的位置。如图1线路，小车从起点A出发，前进三格，也就是G=4时到达B点，此时调用右转子程序，继续向C点前进；当G=8时到达C点，此时调用左转子程序，继续向D点前进；当G=11时，此时到达D点。以此类推，通过这个方式，小车完成由A点出发，最终自主寻迹回到起点A的整个过程。

表1 小车输入、输出信号与小车动作的关系

2.3小车避障模块

该单元主要是通过两个红外传感器检测，检测的结果送单片机，如果返回值为0，说明前方无障碍物，如果返回值为1，说明前方有障碍物。单片机接收到信号后调用相应的子程序控制小车调整位置，避开相应的障碍物[5]。如前方发现障碍物，调用后退子程序，如果左方发现障碍物，调用右转子程序，如果右方发现障碍物，调用左转子程序。

2.4语音模块设计

该语音模块是由LD3320来实现的，该模块具有功能强大、操作简单、性能稳定等优点，除此之外该模块还具有AD/DA双向转换、声音输入/输出接口等[6]。可独立完成语音读取、转换以及识别功能，工作原理图如图3所示。

图3 语音识别工作过程

2软件设计方案

2.1系统工作过程

该系统小车从起点A出发，由用户发出指令，语音模块识别到用户指令后[7]，单片机根据用户的指令，自主寻迹，找到B到F不同的障碍物，找到相应的点后停留2S，并调整小车位置，完成避障功能。

2.2小车工作流程图

系统工作时，小车启动时先进行自检，执行初始化程序，自检完成后由语音模块读取外部传送的指令信息。当用户给与到达不同点的语音信号后，语音模块识别信号；当识别成功后由LD3320内部进行A/D转换，把数字信号送给单片机[8]，单片机根据接收到的指令调用自动寻迹程序，寻找不同的障碍物并完成避障功能。系统工作的流程如图4所示。

图4 智能小车工作流程

3结语

该系统设计是单片机和传感器的综合应用，以AT89C51单片机为主控芯片，通过语音识别芯片读取用户指令。单片机根据不同的信息进行自动寻迹，找到不同的障碍物并完成避障功能，经过测试，该小车寻迹避障效果良好，运行稳定性较好。