基于AVR和51单片机的机器鱼语音控制系统设计与实现

摘要：为了实现人和机器鱼之间的交流，提出一种基于AVR和51单片机语音控制识别系统设计。在理论分析和实验观察基础上，设计了51单片机主控M-LD3320语音识别模块的语音识别系统，以及AVR主控鱼体产生鱼体波的动力系统。语音识别系统识别到语音，就通过WAP200B无线通讯模块将命令传送给鱼体的动力系统，AVR再根据命令产生相应的鱼体波。实验结果表明，该方案可以实现语音控制机器鱼。
关键词：LD3320语音识别；WAP200B无线通讯；ATmega128单片机；鱼体波；51单片机

近年来，海洋资源开发日趋焦点，机器鱼作为一项现代化的新成果，具有广泛的现实意义，它可以更逼真的模拟鱼的游动原理，在水下的运动更符合流体力学原理，具有更好的加速和转向能力，利用它可以探测海洋资源，寻找和检测海域中受污染的地方，也可以用来勘探地形等等。随着科技的发展，人类对智能化产品的研究步伐在不断加快。但是，作为一项比较新的产品，机器鱼的智能化程度还远远不够，伴随着研究的加深，机器鱼的功能也会更趋完善。语音识别作为一门交叉学科，它的出现实现了长期以来人们渴望与机器交流的梦想。语音识别技术就是让机器通过识别和理解过程把语音信号转变为相应的文本或命令的高技术。近年来，语音识别技术发展迅速，取得显著进步，并且已经开始被应用于通信、家庭服务、汽车电子、医疗、家电、消费电子产品等各个领域。截至目前，还没有出现针对语音识别系统和机器鱼结合的设计。本文实现了机器鱼和语音识别系统结合的硬件设计。

1 芯片介绍
1．1 LD3320语音芯片介绍
LD3320是一颗基于ASR技术非特定人语音识别的语音识别芯片。语音识别ASR技术，是基于关键词语列表识别的技术。只需要软件编辑好要识别的关键词语列表，并把这些关键词语以字符形式传送到芯片内部，就可以对人说出的关键词语进行识别，不需要作任何录音。比如，在51单片机编程中，简单地设置语音芯片的寄存器，诸如把“ni hao”这样的识别关键词动态地传入芯片中，芯片就可以识别这个关键词语了。并且在同一时刻，最多可以在50条关键词语中进行识别，可以根据场景需要，在终端随时编辑和更新这50条关键词语。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，只需把麦克风接在芯片的AD引脚上即可实现语音识别／声控／人机对话功能。
1．2 AVR芯片介绍
本例使用ATmega128单片机作为鱼体控制芯片，ATmega128具有以下特点：低功耗的8位微处理器，有133条指令，且大多数指令可以在一个时钟周期内完成；53个可编程I／O口线；128K字节的系统内可编程Flash；4K字节的EEPROM；优化的外部存储器空间多达64K字节；两个带有独立预分频器和比较器的8位定时器／计数器；两个带有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器／计数器；两路8位PWM；6路分辨率可变(2到16位)的PWM；两个可编程的串行USART；8路10位的ADC。

2 硬件设计实现
2．1 整体设计方案
语音识别系统识别到语音数据会产生一个中断信号给51单片机，然后单片机通过程序判断语音数据的正确性(可能是噪音)，如果正确就通过P0口读取语音数据，并且将数据通过WAP200B无线通讯模块发送给鱼体主控芯片AVR单片机，此时AVR就可以根据命令产生相应占空比的PWM波。整体方案设计如图1所示。

2．2 语音控制部分
M-LD3320进行语音识别时，需要有较高纯净度的3．3V直流电源供电和合适的晶振信号(我们使用了12M正方形有源晶振)。使用51单片机编写程序主控LD3320芯片，来实现语音识别功能。同时必须保证51单片机和语音模块的最终供电电源统一。
麦克风采集到声音，不管是否识别到正常结果，芯片都会产生一个中断信号通过IRO管脚返回给51单片机，并且将数据通过ICR_P0～ICR_P7传送给51单片机进行处理，然后中断程序要根据寄存器的值分析结果，如果识别成功，就将识别得到的数据通过无线通讯模块发送出去。由于本文在语音模块传送数据给MCU时采用并行方式，所以MD直接接地，如果采用串行方式需要使MD管脚置高。它与51单片机(基于STC89C52)的连接示意图如图2所示。