基于AVR和51單片機的機器魚語音控制系統設計與實現

摘要：為了實現人和機器魚之間的交流，提出一種基于AVR和51單片機語音控制識別系統設計。在理論分析和實驗觀察基礎上，設計了51單片機主控M-LD3320語音識別模塊的語音識別系統，以及AVR主控魚體產生魚體波的動力系統。語音識別系統識別到語音，就通過WAP200B無線通訊模塊將命令傳送給魚體的動力系統，AVR再根據命令產生相應的魚體波。實驗結果表明，該方案可以實現語音控制機器魚。
關鍵詞：LD3320語音識別；WAP200B無線通訊；ATmega128單片機；魚體波；51單片機

近年來，海洋資源開發日趨焦點，機器魚作為一項現代化的新成果，具有廣泛的現實意義，它可以更逼真的模擬魚的游動原理，在水下的運動更符合流體力學原理，具有更好的加速和轉向能力，利用它可以探測海洋資源，尋找和檢測海域中受污染的地方，也可以用來勘探地形等等。隨著科技的發展，人類對智能化產品的研究步伐在不斷加快。但是，作為一項比較新的產品，機器魚的智能化程度還遠遠不夠，伴隨著研究的加深，機器魚的功能也會更趨完善。語音識別作為一門交叉學科，它的出現實現了長期以來人們渴望與機器交流的夢想。語音識別技術就是讓機器通過識別和理解過程把語音信號轉變為相應的文本或命令的高技術。近年來，語音識別技術發展迅速，取得顯著進步，并且已經開始被應用于通信、家庭服務、汽車電子、醫療、家電、消費電子產品等各個領域。截至目前，還沒有出現針對語音識別系統和機器魚結合的設計。本文實現了機器魚和語音識別系統結合的硬件設計。

1 芯片介紹
1．1 LD3320語音芯片介紹
LD3320是一顆基于ASR技術非特定人語音識別的語音識別芯片。語音識別ASR技術，是基于關鍵詞語列表識別的技術。只需要軟件編輯好要識別的關鍵詞語列表，并把這些關鍵詞語以字符形式傳送到芯片內部，就可以對人說出的關鍵詞語進行識別，不需要作任何錄音。比如，在51單片機編程中，簡單地設置語音芯片的寄存器，諸如把“ni hao”這樣的識別關鍵詞動態地傳入芯片中，芯片就可以識別這個關鍵詞語了。并且在同一時刻，最多可以在50條關鍵詞語中進行識別，可以根據場景需要，在終端隨時編輯和更新這50條關鍵詞語。另外，芯片上集成了高精度的D／A和A／D接口，并且接有Flash和RAM，只需把麥克風接在芯片的AD引腳上即可實現語音識別／聲控／人機對話功能。
1．2 AVR芯片介紹
本例使用ATmega128單片機作為魚體控制芯片，ATmega128具有以下特點：低功耗的8位微處理器，有133條指令，且大多數指令可以在一個時鐘周期內完成；53個可編程I／O口線；128K字節的系統內可編程Flash；4K字節的EEPROM；優化的外部存儲器空間多達64K字節；兩個帶有獨立預分頻器和比較器的8位定時器／計數器；兩個帶有預分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器／計數器；兩路8位PWM；6路分辨率可變(2到16位)的PWM；兩個可編程的串行USART；8路10位的ADC。

2 硬件設計實現
2．1 整體設計方案
語音識別系統識別到語音數據會產生一個中斷信號給51單片機，然后單片機通過程序判斷語音數據的正確性(可能是噪音)，如果正確就通過P0口讀取語音數據，并且將數據通過WAP200B無線通訊模塊發送給魚體主控芯片AVR單片機，此時AVR就可以根據命令產生相應占空比的PWM波。整體方案設計如圖1所示。

2．2 語音控制部分
M-LD3320進行語音識別時，需要有較高純凈度的3．3V直流電源供電和合適的晶振信號(我們使用了12M正方形有源晶振)。使用51單片機編寫程序主控LD3320芯片，來實現語音識別功能。同時必須保證51單片機和語音模塊的最終供電電源統一。
麥克風采集到聲音，不管是否識別到正常結果，芯片都會產生一個中斷信號通過IRO管腳返回給51單片機，并且將數據通過ICR_P0～ICR_P7傳送給51單片機進行處理，然后中斷程序要根據寄存器的值分析結果，如果識別成功，就將識別得到的數據通過無線通訊模塊發送出去。由于本文在語音模塊傳送數據給MCU時采用并行方式，所以MD直接接地，如果采用串行方式需要使MD管腳置高。它與51單片機(基于STC89C52)的連接示意圖如圖2所示。