智能玩具的设计-聪明宝宝
1引言
智能化已成为玩具行业的新趋势，让语音技术融入到玩具中，不仅可以赋予玩具“听”“说”的交流能力，使其更加生动、智能，还有利于在儿童中普及现代科学技术，推动语音技术产业化的发展。一些领先技术被应用于今天的玩具领域如：无线电、红外通讯、传感器、语音识别等等。
本文介绍的是基于SPCE061A的一种具有语音识别功能的玩具产品，并着重介绍了软硬件设计方法。
2系统结构
硬件结构框图如图 2.1所示：主要由按键输入电路、触摸键输入电路、直流电机驱动电路、光敏器件输入电路、单片机最小系统等部分组成。
图 2.1系统整体框图
整个系统工作于4.5V电压下，由3节5号电池提供4.5V电压，经过SPY0029稳压到3.3V为单片机系统供电。 整个系统在无操作时，处于睡眠状态，当3个按键、2个触摸键被触发时，睡眠被唤醒，进入相应的操作，执行完操作后1分钟内无任何按键触发，则再次进入睡眠。光敏器件在睡眠前不断采集光线强度，如果跟环境光线有较大变化，则会进入语音识别模式，MIC、直流电机、扬声器则是各动作的相应辅助器件。
3硬件电路设计
3.1 微控制器电路
控制器采用凌阳科技公司的SPCE061A，其硬件资源分配见表 3.1。
表3.1硬件资源分配表
| IO口使用情况 | 使用 | IOA5：光敏器件输入； IOA4 ~~~ IOA3：触摸键输入； IOA2 ~~~ IOA0：按键输入； IOB9：BPWM输出口； |
| 剩余IO及处理方式 | 剩余IO： IOA15~IOA6、IOB15~IOB10、IOB8 ~IOB0 处理方式： 软件上设置为输出，输出低电平； | |
| Timer使用情况 | TimerA | 训练过程、放音时使用 |
| TimerB | BPWM输出频率的控制以及占空比的设置 | |
| ADC使用情况 | 使用6通道 | 用来做光敏信号采集 |
| 中断使用情况 | 1) 训练、放音时使用FIQ_TMA； 2）使用IRQ3_KEY来完成睡眠唤醒操作； 3）使用IRQ5_2Hz做计时基准； | |
3.2 键盘输入电路
键盘输入电路如图 3.1所示，当有键按下时，对应的IO口被拉到高电平，CPU处理后做相应处理。
图 3.1键盘输入电路
3.3 触摸键输入电路
触摸键主要由555集成电路来实现，其原理如图 3.2所示，左边的触摸片为金属铜片，正常情况下，人本身会产生幅度为80~100mv的正弦波电压，当人手触摸到金属片时，产生的感应电压叠加在偏置电压上(偏置电压设置在0.6V)，使得三极管导通，触发555集成电路使之3脚产生单稳态输出，从而系统从睡眠状态被唤醒。
图3.2触摸键输入原理
3.4 光感输入电路
光照感应电路由电阻与光敏电阻器组成。光敏电阻器是一种受光照射导电能力急剧增加的电子元件。常用的型号为MG45，适用于可见光谱范围（0.4～0.76μm），亮电阻≤2～10kΩ，暗电阻≥1～10MΩ。使用时，耗散功率不要超过10mW，例如工作电压在5V时，通过的电流不应超过2mA。另外，应避免强光长时间照射，防止光敏材料老化。 在环境光照强度下，采集一个标准值，然后在主循环中，不断采集比较，当变化比较大的时候，意味着有手挡着，则进入相应的辨识子程序。 接口电路如图 3.3所示。
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