米媛园，李光宗，乔丹妮

（西华大学机械工程学院，四川 成都 610039）

智能小车是当代汽车的模型缩减，技术水平发展良好，融合了各种跨学科的工科知识。当今的智能小车大多能够完成自动循迹、避除障碍物、寻光等功能，有着向声控系统发展的趋势。设计的智能小车不仅可以完成传统的自动寻迹和避障功能，还采用LD3320语音识别芯片对智能小车进行语音控制，使其具有更好的交互性和适用性。

1 系统总体结构

系统结构组成如图1所示，它分为小车和遥控器两部分，分别用单片机STC12C5A60S2和STC11L08XE作为微控制器，小车主要由红外寻光模块、四路巡迹模块、电机驱动动力模块和无线传输通信模块组成，遥控器通过芯片LD3320来识别处理语音命令，通过NRF24L01与小车进行无线通信，控制小车运动。

图1 系统结构组成

2 硬件电路设计

2.1 STC最小系统

本次设计采用STC12C5A60S2单片机作为控制芯片。其功能和性能与STC89C52几乎完全相同，但速度较STC89C52更快，功耗也显著地比STC89C52低，同时，此次运用的STC12C5A60S2还具备超高抗干扰能力的特点，还有具备双串口等一系列功能。系统采用STC12C5A60S2单片机为主芯片，配合CH340TUSB转串口芯片、复位按钮和蜂鸣器组成最小系统。小车的最小系统电路如图2所示。

图2 小车最小系统电路原理图

2.2 电机驱动模块

本设计在电机驱动模块中采用了4个直流减速电机，其采用的是TB6612FNG驱动芯片。TB6612FNG驱动芯片可以实现双驱动，即可以同时驱动两个电机。相较于传统的L298N芯片，TB6612FNG芯片在体积方面大幅度减小，在效率上却有明显的提升，同时，该芯片在额定范围内还有基本不发热的特点，运用起来十分方便。依照电机驱动逻辑功能表，更改驱动芯片AIN1、AIN2、BIN1、BIN2、PWMA、PWMB的电平高与低，就可以控制电机的正反转、停止，进而可以方便控制小车前进、后退、左转、右转、停止。芯片通过控制PWMA、PWMB在0～255之间控制小车的速度。

2.3 红外避障寻光模块

红外传感器指具有一对红外发射与接收管的传感器，传感器的发射管先发射出一定频率的红外线，如果检测方向出现障碍物，红外线就被直接反射回来，此时，接收管接收反射回来的红外线。在这个不大的范围中，如果没有了障碍物，那么发射管发射出去的这个光线就会因传播的距离逐渐远去，能量衰退，最终逐渐减弱，直至消失。本小车采用了两个红外传感器，分别连接在STC12C5A60S2单片机的P1.6、P1.4引脚上。使用者经电位器设置阈值，当正前方发现障碍物时，OUT引脚置为低电平，如若没有，则置为高电平。

2.4 循迹模块

该设计的循迹模块也运用到了红外传感器，下面是巡迹模块的基本原理：本设计采用巡黑线行驶的方式，当红外线发射到黑线上时，由于光的反射原理，其被黑线吸收掉，当红外线发射到其他的颜色的材料上时，便会又反射到红外的接受管上。据这一特点，便可以写代码完成小车巡线功能。该模块共计使用四个红外传感器，分别连接在STC12C5A60S2单片机的P1.1～P1.3口上。当中间两路检测任意一个出黑线时，小车就会自动纠正，如果最外面检测到黑线，则小车以更大速度纠正到正确黑线上面。

2.5 语音模块

本次设计的语音模块运用到了LD3320芯片，该芯片是一个基于非特定语音识别技术的语音鉴别芯片。芯片上高精度的集成了A/D和D/A接口，因此无需外接其他的Flash或者RAM，便可以实现语音识别功能。语音识别芯片LD3320与遥控器上STC11L08XE单片机的接收输出数据管脚连接，负责语音识别结果数据的传输，并通过无线传输模块NRF24L01将信号传输到小车，控制小车的相应动作。

2.6 无线通信模块

本设计通信模块用到了NRF24L01，其引脚的基本情况如下：CE是使能发射或接收端；CSN、SCK、MOSI和MISO是SPI引脚端，通过这些引脚配置24L01的状态，可将其设置为发射、接收、空闲和掉电模式；IRQ是中断端；VDD是电源的输入端口；VSS为电源接地端口；XC1和XC2是晶振振荡器的引脚；VDD_PA为功率放大器供电端，输出为1.8 V；ANT1和ANT2为无线接口；IREF为参考电流输入端；模块在使用时CE脚不可一直置高，因为24L01内部发送数据时锁相环开环控制容易造成载波震荡，最长可以置高4 ms，然后必须置低才能保证传输可靠。电源不能超过3.3 V。

通信的时侯，每当NRF24L01接收到有效的语音数据，该模块就能通过IRQ引脚传输数据，之后，单片机便可将接收到的数据从NRF24L0l自带的RX寄存器中读出。

3 软件设计

3.1 主程序设计

本设计中，运用了本科学过的Keil4来完成软件开发，并采用了C语言编写程序，用的是STC-ISP调试功能。

单片机中断初始化设置程序如下：为将定时器0和定时器1都设置为工作模式，工作方式为方式1，再把外部中断0和1都设置成边沿触发方式，之后，再开启定时器和外部中断允许。当两侧均未检测到障碍物时，小车均速前进，两侧均检测到障碍物时，小车按照固定程序右转。当左侧检测到障碍物时小车右转，反之小车左转。

3.2 语音控制小车程序流程

系统工作时，小车启动时先执行初始化程序，然后LD3320芯片读取外部传送的语音信息。当用户给出让小车前进或停止等语音信号后，语音模块识别语音信号；当识别成功后由LD3320内部进行一系列的转换，转换过后的数字信号由NRF24L01传输给小车的单片机，小车根据接收到的指令调用不同的子程序，执行相应的动作。系统工作的流程如图3所示。

图3 语音控制小车流程图

4 结束语

该多功能语音智能小车可以流畅实现先后左右行驶，巡迹、避障以及语音控制等一系列功能，测试效果良好。同时在测试过程中能够看出，相较于噪声水平高的环境，语音识别系统在低噪声环境中识别率更高，小车的控制系统仅仅采用语音识别，可能还达不到很好的控制效果，如果能够再加上键盘甚至APP控制，将会大大提升控制效果，使得小车更加智能，在之后的研究过程中，可以尝试加入，使得本设计更加适用于各种环境和人群。