SPCE061A在智能语音识别避障机器人中的设计应用

现代社会中机器人这个词语已经不再新鲜，而且形形色色的机器人出现在我们的日常生活中。为了提高广大单片机爱好者学习单片机的兴趣，在凌阳科技教育推广中心的兴趣产品智能机器人的基础上，配合超声波传感器的使用，使机器人具有障碍检测功能。本文对这个避障机器人的软硬件制作进行介绍。


1 引言

　　为了提高广大单片机爱好者学习单片机的兴趣，凌阳科技教育推广中心推出了应用SPCE061A作为主控制器，外加电机驱动电路制作的智能机器人。该机器人采用特定人语音识别对机器人进行控制，可以完成向前走、倒退、左转、右转、跳两首舞曲、向左瞄准、向右瞄准、发射、连续发射等功能。在此基础上，配合凌阳科技教育推广中心推出的超声波测距模组，为机器人增加了活动过程中实时检测前方障碍物、遇到障碍停止运动并向前方发射飞盘等功能，进一步丰富了机器人的功能，可以大大提高在校学生学习单片机的兴趣。

2 模组特性简介
2.1 SPCE061A特性简介
　　SPCE061A是凌阳科技研发生产的性价比很高的一款十六位单片机，使用它可以非常方便灵活的实现语音的录放系统，该芯片拥有8路10位精度的ADC，其中一路为音频转换通道，并且内置有自动增益电路。这为实现语音录入提供了方便的硬件条件。两路10位精度的DAC，只需要外接功放（SPY0030A）即可完成语音的播放。另外凌阳十六位单片机具有易学易用的效率较高的一套指令系统和集成开发环境。在此环境中，支持标准C语言，可以实现C语言与凌阳汇编语言的互相调用，并且，提供了语音录放的库函数，只要了解库函数的使用，就会很容易完成语音录放，这些都为软件开发提供了方便的条件：
特性：
16位μ'nSP微处理器；
工作电压：内核工作电压VDD为3.0～3.6V(CPU)，IO口工作电压VDDH为VDD～5.5V(I/O)；
CPU时钟：0.32MHz～49.152MHz；
内置2K字SRAM；
内置32K闪存ROM；
可编程音频处理；
晶体振荡器；
系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)，耗电小于2μA@3.6V；
2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；
2个10位DAC(数-模转换)输出通道；
32位通用可编程输入/输出端口；
14个中断源可来自定时器A / B，时基，2个外部时钟源输入，键唤醒；
具备触键唤醒的功能；
使用凌阳音频编码SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容纳210秒的语音数据；
锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号；
32768Hz实时时钟；
7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器；
声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制(AGC)功能；
具备串行设备接口；
低电压复位(LVR)功和低电压监测(LVD)功能；
内置在线仿真板(ICE，In- Circuit Emulator)接口。

2.2 超声波模组简介
2.2.1 功能简介
　　三种测距模式选择跳线J1（短距、中距、可调距）：
　　短距：20cm～100cm左右（根据被测物表面材料决定），精度1cm；
　　中距：70cm～400cm左右（根据被测物表面材料决定）；
　　可调：范围由可调节参数确定，当调节在合适的值时，最远测距700cm左右；

2.2.2 电气参数
　　超声波传感器谐振频率：40KHz
　　模组传感器工作电压：4.5V～9V
　　模组接口电压：4.5V～5.5V

2.2.3 超声波发射电路原理图

图 2-1 超声波谐振频率调理电路原理图

　　由单片机产生40KHz的方波，并通过模组接口（J4）送到模组的CD4049，而后面的CD4049则对40KHz频率信号进行调理，以使超声波传感器产生谐振。

2.2.4 超声波回波接收处理电路

图 2-2 超声波回波接收处理电路

　　超声波接收处理部分电路前级采用NE5532构成10000倍放大器，对接收信号进行放大；后级采用LM311比较器对接收信号进行调整，比较电压为LM311的3管脚的输入，可由J1跳线选择不同的比较电压以选择不同的测距模式。

2.2.5 电源接口

图 2-3 超声波模组的电源接口电路

　　为外部电源接口，最高电压不要超过12V，J2为电源选择跳线，VCC_5即为由61板通过10PIN排线引入模组的电源；VCC即为模组的放大器、调理电路的供电电源。当用户使用61板为其供电时，要把VCC与VCC_5V短接；而使用外部电源时，要把VCC与VCC_IN短接。

2.2.6 测距模式选择跳线

图2-4 超声波测距模式选择跳线电路

　　模组提供了测距模式选择跳线J1，可以选择短距测量模式、中距测量模式，或距离可调模式。跳线选择LOW时为近距测量模式，选择HIG时为中距测量模式；选择SET时为距离可调模式。凌阳科技大学计划提供了短距测量模式和中距测量模式的完整程序（其中ultrasonic_Low为短距测量模式程序；ultrasonic_long为中距测量模式程序）。

2.2.7 模组接口

图 2-5 超声波模组接口电路