智能语音机器人硬件开发和设计

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1、智能语音机器人硬件开发和设计　　【摘要】本作品以控制和检测为主要内容，主要由机器人控制本体和远程监控平台组成。本文从控制器模块、语音输入模块、语音输出模块、电机控制模块、图像采集模块以及远程监控平台几方面对系统的硬件进行了详细的设计。【关键词】语音机器人；硬件设计；SPCE061A；LonWorks本课题来源于江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目中的一部分。为推动高等职业教育教学改革，激发学生学习的主动性、积极性和创造性，提高大学生的实践创新能力，促进人才培养模式和教学方法的创新，将科研和教学有效的结合促进学生知识、能力、创新素质全面协调发展。本项目中机器人的设计为学生搭建了良好实

2、践创新平台，使学生的理论知识能够运用于实践，充分发挥了学生的想象力和创造力，锻炼了学生实践动手能力，分析问题能力和解决问题的能力。1.设计背景6本课题主要以控制和检测为主要设计内容、着重训练单片机、模电、数电和信号处理与检测、组网、网页设计等能力，同时考虑减少设计周期和成本，以市场现有的玩具机器人作为控制对象的外壳，拆掉内部芯片，形成本作品的机械主体，为达到设计内容的完整性，只对机器人的机械主体进行了仿真建模。2.机械结构主体的建模与改装（1）利用PRO/E对机器人进行三维实体的仿真建模。（2）机器人的机械主体是利用现有的机器人改装形成的。机器人主要分4大块：头部、腿部、前胸、后背。主

3、要改装流程如下：①拆卸机器人头部、腿部、前胸、后背等组成部分；②拆掉控制芯片，并对相应电机的控制线做记号；③组装机器人，并将控制线引到机壳外。（3）利用连杆机构实现了机器人的手臂动作，机器人的腿部电机驱动机器人的腿动作时，通过连杆机构，同时实现手臂的的前后摆动，达到了无需手臂电机就能实现手臂动作的目标，为设计节省了电机成本，同时也方便了日后的编程3.硬件系统设计3.161控制板设计智能机器人的控制芯片采用61控制板作为基本控制单元，通过模块化扩展电机控制电路、LED控制电路、图像采集电路等形成本作品的硬件系统。61控制板主要具有单片机最小系统电路、电源电路、程序下载电路和与外界进行信息

4、交换的端口等。63.2功能控制电路设计功能控制电路的核心部分主要包括眼睛闪烁电路、语音输入通道、语音输出通道、电机驱动电路和图像采集电路的设计几部分。（1）眼睛闪烁电路：在基于SPCE061A最小系统的基础上，利用IOA0-IOA2三个接口连接多功能键S1、S2、S3，用于机器人的语音训练和功能切换。利用两个发光二极管作为机器人的眼睛，1K电阻来限流，通过IOB14和IOB15实现LED的闪烁控制，如图1所示。（2）语音输入通道：SPCE061A芯片中已经集成了音频输入专用ADC以及AGC放大电路，因此芯片外部的电路比较简单，如图2所示，当对着传声器讲话时，MICP脚和MICN脚将随着

5、传声器输入的声音产生变化的波形，并在SPCE061A的两个端口处形成两路反相的波形，送到SPCE061A控制器内部的运算放大器进行音频放大，经过放大的音频信号，通过ADC转化器转化为数字量，保存到相应的寄存器中，然后对这些数字音频信号进行压缩、辨识、播放等处理。（3）语音输出通道：SPCE061A内置两路10位精度的DAC，只需要外接功放电路即可完成语音的播放。音频信号由SPCE061A的DAC引脚输出，通过音量电位器R9的调节端送到集成音频功率放大器SPY0030，经音频放大后，音频信号从SPY0030输出经外接扬声器播放声音。6（4）电机驱动电路：机器人驱动电路采用功率较大的三极管

6、搭成H桥来驱动电机，可以实现电机的正向旋转与电机的反向旋转。这些电机包括用于走路的左腿电机、右腿电机和脖子电机。（5）图像采集电路：光学摄像头将图像的颜色与形状传给SPCA561A，SPCA561A通过I2C串行总线将采集信息传送到SPCE563A芯片中，SPCE563A将处理形状与颜色信息存储到相应的寄存器中，SPCE061A通过SPI串行总线读取SPCE563A相应的寄存器内容，进而得出识别结果。SPCE563A芯片的时钟信号SCK、数据传输信号SDI、握手请求信号LOAD和复位信号RSTNN分别同IOA8、IOA9、IOA10、IOA11连接，如图3所示。4.机器人远程监控平台的

7、构建4.1功能控制电路设计考虑LonPoint节点的实际应用环境，本文设计以Motoral公司生产的型号为MC143150神经元芯片为处理器的LonPoinDI和DO，MC143150芯片支持外部存储器的扩展，神经元芯片负责现场设备的通信和数据处理任务。功能控制电路的设计主要包括电源电路、I/O调理接口、通讯接口和复位电路、服务电路、时钟电路等其它外围电路的设计。4.2抗干扰措施6通常的供电和接地抗干扰措施外，主要是要避免和消除来自网络介质的静