智能玩具的設計-聰明寶寶
加入技術交流群
1引言
智能化已成為玩具行業的新趨勢，讓語音技術融入到玩具中，不僅可以賦予玩具“聽”“說”的交流能力，使其更加生動、智能，還有利于在兒童中普及現代科學技術，推動語音技術產業化的發展。一些領先技術被應用于今天的玩具領域如：無線電、紅外通訊、傳感器、語音識別等等。
本文介紹的是基于SPCE061A的一種具有語音識別功能的玩具產品，并著重介紹了軟硬件設計方法。
2系統結構
硬件結構框圖如圖 2.1所示：主要由按鍵輸入電路、觸摸鍵輸入電路、直流電機驅動電路、光敏器件輸入電路、單片機最小系統等部分組成。
圖 2.1系統整體框圖
整個系統工作于4.5V電壓下，由3節5號電池提供4.5V電壓，經過SPY0029穩壓到3.3V為單片機系統供電。 整個系統在無操作時，處于睡眠狀態，當3個按鍵、2個觸摸鍵被觸發時，睡眠被喚醒，進入相應的操作，執行完操作后1分鐘內無任何按鍵觸發，則再次進入睡眠。光敏器件在睡眠前不斷采集光線強度，如果跟環境光線有較大變化，則會進入語音識別模式，MIC、直流電機、揚聲器則是各動作的相應輔助器件。
3硬件電路設計
3.1 微控制器電路
控制器采用凌陽科技公司的SPCE061A，其硬件資源分配見表 3.1。
表3.1硬件資源分配表
| IO口使用情況 | 使用 | IOA5：光敏器件輸入； IOA4 ~~~ IOA3：觸摸鍵輸入； IOA2 ~~~ IOA0：按鍵輸入； IOB9：BPWM輸出口； |
| 剩余IO及處理方式 | 剩余IO： IOA15~IOA6、IOB15~IOB10、IOB8 ~IOB0 處理方式： 軟件上設置為輸出，輸出低電平； | |
| Timer使用情況 | TimerA | 訓練過程、放音時使用 |
| TimerB | BPWM輸出頻率的控制以及占空比的設置 | |
| ADC使用情況 | 使用6通道 | 用來做光敏信號采集 |
| 中斷使用情況 | 1) 訓練、放音時使用FIQ_TMA； 2）使用IRQ3_KEY來完成睡眠喚醒操作； 3）使用IRQ5_2Hz做計時基準； | |
3.2 鍵盤輸入電路
鍵盤輸入電路如圖 3.1所示，當有鍵按下時，對應的IO口被拉到高電平，CPU處理后做相應處理。
圖 3.1鍵盤輸入電路
3.3 觸摸鍵輸入電路
觸摸鍵主要由555集成電路來實現，其原理如圖 3.2所示，左邊的觸摸片為金屬銅片，正常情況下，人本身會產生幅度為80~100mv的正弦波電壓，當人手觸摸到金屬片時，產生的感應電壓疊加在偏置電壓上(偏置電壓設置在0.6V)，使得三極管導通，觸發555集成電路使之3腳產生單穩態輸出，從而系統從睡眠狀態被喚醒。
圖3.2觸摸鍵輸入原理
3.4 光感輸入電路
光照感應電路由電阻與光敏電阻器組成。光敏電阻器是一種受光照射導電能力急劇增加的電子元件。常用的型號為MG45，適用于可見光譜范圍（0.4～0.76μm），亮電阻≤2～10kΩ，暗電阻≥1～10MΩ。使用時，耗散功率不要超過10mW，例如工作電壓在5V時，通過的電流不應超過2mA。另外，應避免強光長時間照射，防止光敏材料老化。 在環境光照強度下，采集一個標準值，然后在主循環中，不斷采集比較，當變化比較大的時候，意味著有手擋著，則進入相應的辨識子程序。 接口電路如圖 3.3所示。
評論