-Ⅰ--Ⅰ-摘要隨著科技的進(jìn)步，以人為本的設(shè)計理念在科技領(lǐng)域愈發(fā)凸顯。本次設(shè)計結(jié)合語音控制和藍(lán)牙技術(shù)，打造了一款避障小車。其核心為STM32F103C8T6控制器，結(jié)合超聲波傳感器精準(zhǔn)檢測障礙物，同時搭載先進(jìn)的語音識別和藍(lán)牙模塊。經(jīng)過測試，這款小車表現(xiàn)優(yōu)異。無論是在光線變化還是聲音嘈雜的環(huán)境下，都能準(zhǔn)確識別語音指令和避開障礙物，實現(xiàn)安全行駛。用戶通過簡單語音或手機(jī)App，便可操控其前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎等，極大地提升了便捷性和安全性。在智能家居和自動化倉儲等領(lǐng)域，這款小車展現(xiàn)出巨大的實用價值。它可自動巡邏家庭環(huán)境，或作為倉儲助手，高效搬運(yùn)貨物，為生活帶來便利和安全?？傊?，這款避障小車是科技與人文的完美融合，經(jīng)測試展現(xiàn)出卓越的性能。它豐富了生活體驗，為未來智能化發(fā)展開創(chuàng)新路，值得期待與關(guān)注。關(guān)鍵詞：語音識別；藍(lán)牙控制；STM32；超聲波避障---Abstract Withtheadvancementoftechnology,thepeople-orienteddesignconceptisincreasinglyprominentinthefieldoftechnology.ThisdesigncombinesvoicecontrolandBluetoothtechnologytocreateanobstacleavoidancecar.ItscoreistheSTM32F103C8T6controller,whichcombinesultrasonicsensorsforpreciseobstacledetection,andisequippedwithadvancedvoicerecognitionandBluetoothmodules. Afterrigoroustesting,thiscarhasdemonstratedexcellentperformance.Whetherinenvironmentswithvaryinglightconditionsornoisybackgrounds,itcanaccuratelyrecognizevoicecommandsandavoidobstacles,ensuringsafedriving.Userscaneasilycontrolitsforward,backward,andturningmovementsthroughsimplevoicecommandsormobilephoneApps,greatlyenhancingconvenienceandsafety. Inareassuchassmarthomesandautomatedwarehousing,thiscarexhibitstremendouspracticalvalue.Itcanautomaticallypatrolthehomeenvironmentorserveasawarehouseassistant,efficientlytransportinggoods,bringingconvenienceandsafetytoourlives. Inconclusion,thisobstacleavoidancecarisaperfectfusionoftechnologyandhumanity,exhibitingexceptionalperformancethroughtesting.Itenrichesourlivingexperienceandopensanewpathforfutureintelligentdevelopment,deservingourattentionandexpectation.KeyWords：ultrasonicobstacleavoidance；Bluetoothcontrol；speechrecognition；STM32-–PAGE19–目錄TOC\o"1-3"\h\u25458摘要 I24889Abstract II8992第一章引言 289681.1設(shè)計背景及意義 2137331.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3238781.2.1國外智能小車的研究 3175801.2.2國內(nèi)智能小車的研究 3157561.3設(shè)計目標(biāo) 410211第二章設(shè)計原理與方案 58722.1方案的比較 553582.1.1用戶需求 5227972.1.2系統(tǒng)功能需求 5132572.1.3技術(shù)需求 5150362.2理論分析 5315182.2.1超聲波避障算法原理 5108072.2.2無線通信原理 6154552.2.3IIC通信協(xié)議 758802.3設(shè)計方案 7178352.4器件選型 8268902.4.1微控制器模塊 8286032.4.2藍(lán)牙模塊選擇 8193732.4.3語音識別模塊選擇 9246932.4.4超聲波模塊選擇 9323112.4.5電機(jī)驅(qū)動模塊選擇 1020178第三章硬件和軟件設(shè)計 11258013.1系統(tǒng)的硬件設(shè)計 11151643.1.1主控模塊 1181413.1.2超聲波模塊設(shè)計 12265103.1.3OLED液晶顯示屏模塊 12267203.1.4藍(lán)牙模塊BT04-T 13297843.1.5語音識別模塊 1384683.1.6電機(jī)驅(qū)動模塊 14299853.2系統(tǒng)軟件設(shè)計 17178363.2.1軟件開發(fā)環(huán)境概述 1770833.2.2系統(tǒng)主程序設(shè)計 18311613.2.3超聲波避障設(shè)計 19231923.2.4語音控制程序設(shè)計 2113650第四章結(jié)果分析 2286614.1系統(tǒng)的調(diào)試 22184764.1.1超聲波舵機(jī)避障的調(diào)試 23111874.1.2藍(lán)牙控制小車的調(diào)試 24283904.1.3語音控制小車的調(diào)試 25183424.1.4OLED的測試 27213194.2結(jié)果分析 28143244.3總結(jié) 28224504.4展望 288665致謝 3020272參考文獻(xiàn) 31第一章引言1.1設(shè)計背景及意義 隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益進(jìn)步，人們的生活品質(zhì)也在持續(xù)提升，越來越多的人們開始追求于使用高科技產(chǎn)物融入日常生活，以提升自己生活的舒適度、安全度、智能度。如今，智能技術(shù)正以驚人的速度發(fā)展，智能機(jī)器人作為其中的佼佼者，已經(jīng)廣泛滲透到各個行業(yè)之中。然而，這種智能化的浪潮并不僅限于機(jī)器人，它正全面拓展到多個領(lǐng)域，推動整個社會向著更加智能化的方向發(fā)展，尤其是多功能智能車成為了主流趨勢[1]，傳統(tǒng)的遙控小車在操作上存在一定的局限性，用戶需要通過手持遙控器來控制小車的移動和功能。智能車作為智能車輛的載體，是集傳感器技術(shù)、人工智能技術(shù)、自動控制技術(shù)、車輛工程控制于一體的綜合技術(shù)，是未來的智能汽車發(fā)展模型。 方便殘障人士：智能小車的語音識別功能可以幫助殘障人士通過語音指令控制車輛的移動和功能，如提醒前方是否有障礙。這大大提高了殘障人士的生活自理能力和獨(dú)立性，讓他們能夠更方便地進(jìn)行日常活動。 國防和工業(yè)方面：遙控智能車輛可應(yīng)用于軍事防御、航空航天，如應(yīng)用于國家安全中的自主駕駛戰(zhàn)車，應(yīng)用于災(zāi)難應(yīng)對、工業(yè)上危險地區(qū)的數(shù)據(jù)采集和故障排除等。同時隨著我國現(xiàn)代人工作或生活步伐的加快和老年人口比例上升，人們更加需要智能車輛的輔助，可以提高勞動生產(chǎn)率。 在醫(yī)療領(lǐng)域中：智能小車可以運(yùn)送醫(yī)療器械、標(biāo)本、醫(yī)療廢棄品等[2]。智能小車的自動化配送，可以顯著減少醫(yī)用物品配送所需的人力資源，從而避免不必要的人力資源浪費(fèi)。其次，智能小車的高效配送能力可以大大縮短配送時間，避免因人為配送延誤而影響診療服務(wù)質(zhì)量，確?；颊吣軌蚣皶r獲得所需的醫(yī)療服務(wù)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外智能小車的研究最早的智能小車是斯坦福研究院(SRI)人工智能中心于1966—1972年成功研制的，其名為Shakey。20世紀(jì)20年代中期，全球首個自動導(dǎo)車系統(tǒng)(AutomatedGuidedVehicleSystem，AGVS)由美國的巴雷特電子公司研制成功。歐洲在進(jìn)行前車距控制、視覺增強(qiáng)、道路環(huán)境的感知、駕駛員監(jiān)測及傳感器融合等方面的研究也取得了較大進(jìn)步。例如，用“智能速度適應(yīng)(IntelligentSpeedAdaptation，ISA)”提升汽車整體安全性，輔以道路標(biāo)識、衛(wèi)星定位、車載地圖等綜合信息的方式完成車輛導(dǎo)航和自動控制車輛時速的功能[3]。日本三菱和日產(chǎn)汽車公司近期發(fā)布了一款防撞裝置，基本實現(xiàn)了前方防撞和車道偏離功能。在先進(jìn)安全性車輛計劃中，本田、日產(chǎn)和豐田公司也大力發(fā)展基于行車安全的相關(guān)系統(tǒng)，如自動控制系統(tǒng)、前車距離控制系統(tǒng)﹑障礙物報警系統(tǒng)、車道定位系統(tǒng)及夜間行人報警系統(tǒng)等智能控制系統(tǒng)[4-5]。1.2.2國內(nèi)智能小車的研究我國第一輛無人駕駛汽車是在1992年由國防科技大學(xué)成功研制出，是我國智能汽車的開端。同濟(jì)大學(xué)研制了一款時速高達(dá)50km/h的基于無人駕駛技術(shù)的清潔能源電動游覽車[6]。近年來，我國相繼出臺了包括《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》在內(nèi)的一系列促進(jìn)智能制造發(fā)展的相關(guān)政策，推動了制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展進(jìn)程，為智能小車發(fā)展創(chuàng)造了更加有利的環(huán)境[7]。衛(wèi)靜婷，陳利偉，黎斌等人設(shè)計了一款具有智能語音操控和避障的小車。采用LD3320作為語音識別，HC-SRO4模塊實現(xiàn)對障礙物距離的測量，來實現(xiàn)小車的避障測距功能;并且使用無線通信模塊完成小車與監(jiān)控設(shè)備的實時通信，實現(xiàn)手機(jī)終端控制小車行進(jìn)路徑等信息[8]。王鈺，朱琳、蘇世雄等人設(shè)計了一種雙模式智能避障小車。該小車采用STM32F407作為微處理器，可以實現(xiàn)自動避障和手動操控。當(dāng)處于自動模式時，小車根據(jù)5路US-100超聲波傳感器獲取路障信息，進(jìn)行算法融合之后，做出避障決策，從而實現(xiàn)自主避障[9]。張微，楊博云、王韻琪等人設(shè)計了一個以STM32F103ZET6單片機(jī)為核心，輔以圖像識別模塊，WIFI模塊、紅外傳感模塊、數(shù)據(jù)采集模塊等組成。設(shè)計一個由主站控制從站的車輛智能避障控制系統(tǒng)[10]。RogowskiAdam設(shè)計了一款基于語音的通的手術(shù)輔助機(jī)器人。雖然人機(jī)語音通信是各領(lǐng)域研究熱門的主題(工業(yè),社交機(jī)器人),但醫(yī)療機(jī)器人是非常具體的。他們必須精確地將他們的活動與操作員同步。語音命令必須盡可能短。所以RogowskiAdam提出了一種機(jī)器人技能描述(RSD)格式，并考慮到這種系統(tǒng)中人機(jī)協(xié)作的可能情況，對其進(jìn)行了多次實驗以便得出關(guān)于基于語音的接口在醫(yī)療機(jī)器人中的有用性的結(jié)論[11]。Wang等人提出一種轉(zhuǎn)導(dǎo)式語音傳輸學(xué)習(xí)方法，自適應(yīng)地從源域?qū)W習(xí)預(yù)測函數(shù)，在目標(biāo)域進(jìn)行微調(diào)。通過在每個實例中添加不同的懲罰值并最小化期望風(fēng)險，可以學(xué)習(xí)出一個最優(yōu)的精確模型[12]。Lin等提出了一種改進(jìn)的人工勢場法(APF)與Bug2相結(jié)合的移動機(jī)器人動態(tài)避障方法，消除了移動機(jī)器人在遇到復(fù)雜障礙物時的軌跡震蕩，避免了避障失敗。首先，分析了基于相對位置和速度的APF存在的避障失效和軌跡振蕩問題。然后，利用Bug2的M線優(yōu)化避障軌跡，提出了一種基于Bug2的APF方法。所提出的方法使虛擬斥力的角度與障礙物相切，從而避免軌跡沿著M線包圍障礙物[13]。MotonakaKimiko等人提出了一種在四旋翼飛行器中實現(xiàn)包括避障在內(nèi)的基于緩沖Voronoi單元(BVCs)的自主導(dǎo)航方法[14]。1.3設(shè)計目標(biāo)手機(jī)可以通過藍(lán)牙連接小車對小車進(jìn)行控制，如方向，速度等。同時小車具備有語音識別功能，能夠分析并且處理用戶的命令，從而實現(xiàn)用語音對小車進(jìn)行操控。小車有避障功能。第二章設(shè)計原理與方案2.1方案的比較2.1.1用戶需求 小車可以通過藍(lán)牙控制小車實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和速度調(diào)節(jié)。準(zhǔn)確及時的語音控制功能，適應(yīng)不同口音和語速。小車具備避障功能，確保行駛安全。用戶需要監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時反饋避障信息，如遇障礙發(fā)出警告聲音或視覺提示，提醒用戶注意。用戶不希望避障功能影響小車的整體穩(wěn)定性和操作流暢性，避免頻繁誤判或誤報警情況。2.1.2系統(tǒng)功能需求 小車支持兩種控制方式：藍(lán)牙控制和語音控制，用戶可以根據(jù)需求靈活選擇控制方式，提高了容錯性和用戶體驗。用戶可以遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)小車速度，通過手機(jī)APP調(diào)整速度參數(shù)，避免小車因過快運(yùn)動導(dǎo)致不必要的碰撞。切換到避障模式的時候當(dāng)超聲波傳感器檢測到障礙物時，小車立即啟動避障算法進(jìn)行調(diào)整，針對不同的障礙物條件做出不同的判斷。避障算法會根據(jù)障礙物距離和位置，自動調(diào)整小車運(yùn)動軌跡，確保安全避讓障礙物。2.1.3技術(shù)需求 STM32單片機(jī)需要有足夠的處理能力和I/O端口來控制小車的所有相關(guān)組件。集成了超聲波模塊、舵機(jī)模塊、藍(lán)牙模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊和OLED顯示模塊，同時支持串口通信和無線通信，實現(xiàn)了功能豐富的控制和顯示。2.2理論分析2.2.1超聲波避障算法原理 由于超聲波在短距離測距時存在誤差，根據(jù)相關(guān)的資料發(fā)現(xiàn)可以通過引入延遲來調(diào)控避障過程中的超聲波測距精度。優(yōu)化后的避障算法表達(dá)式如公式2.1所示。△t=s1*t1-s2*t2/(s2-s1)（2.1） 上述表達(dá)式中：s1、s2實際的測量距離；△t表示延遲時間；t1、t2表示對應(yīng)的測量時間[15]。根據(jù)優(yōu)化后的超聲波避障算法，小車和障礙物間的距離參數(shù)進(jìn)行分析和設(shè)定，共計包含前方障礙物、左側(cè)障礙物、右側(cè)障礙物3個指標(biāo)。所以本次設(shè)計的小車?yán)贸暡K進(jìn)行障礙物的檢查是，需要保證足夠的安全距離。在前進(jìn)過程中，若前方障礙物距離保持在25厘米以上，則視為安全路徑，小車?yán)^續(xù)前行。然而，一旦障礙物距離小于此標(biāo)準(zhǔn)，小車會立即啟動側(cè)方探測，評估左右兩側(cè)的安全距離。若兩側(cè)均保持30厘米以上的安全距離，小車可選擇向左或向右旋轉(zhuǎn)90度后繼續(xù)行進(jìn)；若兩側(cè)均存在障礙，小車則會后退以避開障礙，并在后退過程中持續(xù)監(jiān)測兩側(cè)距離，一旦有側(cè)方距離達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)，便立即轉(zhuǎn)向該側(cè)繼續(xù)前行。通過不斷探測與調(diào)整，小車終將找到最佳的無障礙行進(jìn)路線。2.2.2無線通信原理 藍(lán)牙模塊的通信原理涉及無線技術(shù)，它使用特定的頻段在設(shè)備之間進(jìn)行短距離通信。當(dāng)兩個藍(lán)牙設(shè)備建立連接時，它們會在同一頻段上進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。藍(lán)牙通信包含三個核心層級：物理層、鏈路層和應(yīng)用層。其中，物理層如同通信的基石，主要負(fù)責(zé)信號的發(fā)送與接收，確保信息能夠準(zhǔn)確地在設(shè)備間傳遞。鏈路層則扮演著連接管理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕巧慕M織并監(jiān)控數(shù)據(jù)在藍(lán)牙設(shè)備之間的流動，確保連接的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。?yīng)用層則更側(cè)重于為用戶提供豐富的藍(lán)牙應(yīng)用功能，使得藍(lán)牙通信能夠在實際應(yīng)用中發(fā)揮更大的作用。應(yīng)用層則定義數(shù)據(jù)格式和交互規(guī)范。藍(lán)牙模塊通過建立連接、傳輸數(shù)據(jù)和斷開連接來實現(xiàn)設(shè)備之間的通信。2.2.3IIC通信協(xié)議IIC（Inter-IntegratedCircuit）總線是一種兩線式串行通信總線，由飛利浦公司（現(xiàn)恩智浦半導(dǎo)體）于1980年代初開發(fā)，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備，如傳感器、存儲器等。IIC總線因其硬件要求簡單、易于實現(xiàn)、成本低廉而在嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 對于AT89C51/52等傳統(tǒng)單片機(jī)，其硬件本身不具備IIC接口，因此在實際應(yīng)用中采取模擬編程的方法實現(xiàn)IIC通信[16]。所謂的模擬編程是指按照IIC的通信協(xié)議，通過指令模擬實現(xiàn)IIC的基本操作。 圖2.1中，"Start”是IIC的起始位?！癝laveAd-dress”是從設(shè)備的地址信息﹐在以IIC作為總線進(jìn)行通信的系統(tǒng)中，一條IIC總線可以連接多個從設(shè)備，每個連接到IIC總線上的器件都有唯一的地址。在該主機(jī)聯(lián)屏系統(tǒng)中，每個顯示屏都有唯一的從設(shè)備地址，IIC總線就是根據(jù)設(shè)備地址進(jìn)行信息的識別和接收[17]。圖2.1IIC協(xié)議幀結(jié)構(gòu)2.3設(shè)計方案 小車的總體框圖如圖2.2所示?？梢詫⒃撓到y(tǒng)拆分為6個模塊（微處理器，超聲波、無線通信、語音識別、顯示和驅(qū)動模塊）。圖2.2系統(tǒng)總體原理框圖2.4器件選型2.4.1微控制器模塊在本系統(tǒng)中，針對收集的數(shù)據(jù)，尤其是超聲波數(shù)據(jù)，我們采用浮點(diǎn)數(shù)據(jù)類型進(jìn)行姿態(tài)的解析，并要求對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行高速處理。因此，選擇一款工作效率高且具備浮點(diǎn)運(yùn)算能力的芯片至關(guān)重要。為此，小車的設(shè)計選用STM32F103C8T6作為核心芯片，其工作頻率高達(dá)72MHz。與51單片機(jī)相比，其運(yùn)行速度顯然不夠理想。而STM32在內(nèi)部資源上遠(yuǎn)超普通的51單片機(jī)，更值得一提的是，STM32的廠商庫函數(shù)非常完善，我們可以直接調(diào)用這些庫函數(shù)來簡化編程過程。相反，51單片機(jī)沒有現(xiàn)成的庫函數(shù)，這在編寫復(fù)雜程序時會耗費(fèi)更多的時間和精力。鑒于本系統(tǒng)對浮點(diǎn)運(yùn)算的需求，我們最終選擇了STM32F103C8T6這款芯片。2.4.2藍(lán)牙模塊選擇 在本次設(shè)計中選擇BT04-T藍(lán)牙模塊而不是類似HC-05的其他藍(lán)牙模塊的原因是因為BT04-T具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速度和更好的穩(wěn)定性。此外，BT04-T可能具有更廣泛的設(shè)備兼容性，更小的體積和更高的收發(fā)靈敏性，這些特點(diǎn)都使其成為本設(shè)計的更好選擇。另外，BT04-T價格更低，這也是選擇該模塊的原因之一。2.4.3語音識別模塊選擇Cl-03T語音識別模塊在本次設(shè)計中憑借其高度集成化、易用性和靈活性脫穎而出。該模塊采用先進(jìn)的語音識別技術(shù)，能夠精確識別語音指令，實現(xiàn)設(shè)備的語音控制，為用戶帶來智能、便捷的交互體驗。與LU-ASR01相比，Cl-03T在價格上更具優(yōu)勢，且性價比更高，適合在成本敏感的設(shè)計項目中應(yīng)用。此外，Cl-03T還具備低功耗、高性能和高可靠性的特點(diǎn)，能夠在各種環(huán)境下穩(wěn)定工作，為用戶提供可靠的語音控制體驗。特別是在智能機(jī)器人、智能家居等領(lǐng)域，Cl-03T展現(xiàn)出卓越的性能和適應(yīng)性。綜合考慮成本效益和設(shè)計目標(biāo)，我們選擇了Cl-03T作為本次設(shè)計的語音識別模塊。相信通過采用該模塊，我們的設(shè)計將為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)、便捷的語音控制體驗，滿足用戶的多樣化需求。2.4.4超聲波模塊選擇本次設(shè)計選擇HC-SR04超聲波模塊。HC-SR04的探測距離涵蓋2厘米至4米，而HY-SRF05的探測距離則擴(kuò)展至2厘米至5米。在諸多應(yīng)用場合中，HC-SR04的探測范圍已然足夠滿足需求。而且，HC-SR04的價格更為親民，對于那些預(yù)算有限的項目來說，它無疑是個經(jīng)濟(jì)的選擇。盡管HY-SRF05擁有更遠(yuǎn)的探測距離，但其額外的成本可能并不適合所有項目。2.4.5電機(jī)驅(qū)動模塊選擇 在本次設(shè)計中，小車之所以選擇AT4950電機(jī)驅(qū)動模塊作為雙軸TT馬達(dá)的核心驅(qū)動設(shè)備，主要是基于其在性能與價格上的雙重優(yōu)勢。首先，AT4950采用先進(jìn)的驅(qū)動技術(shù)和控制算法，確保了對電機(jī)的精準(zhǔn)操控，無論是啟動、停止還是轉(zhuǎn)速、方向控制，都展現(xiàn)出了卓越的性能。相較于AT1950和其他驅(qū)動模塊如LD3320，AT4950在控制精度和穩(wěn)定性方面更勝一籌。其次，AT4950電機(jī)驅(qū)動模塊在價格上也具備顯著優(yōu)勢。在市場上，AT4950的售價相對合理，且其高性價比使得它在滿足性能需求的同時，也降低了整體設(shè)計的成本。這一價格優(yōu)勢使得AT4950在同類產(chǎn)品中脫穎而出，成為本次設(shè)計的首選。第三章硬件和軟件設(shè)計3.1系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1.1主控模塊 本次設(shè)計采用的開發(fā)板是VANBOT教育旗下的STM32智能小車拓展板，拓展板實物圖如圖3.1所示。拓展板采用了STM32F103C8T6芯片作為核心控制器。另外智能小車拓展板整合多種功能模塊接口，如電機(jī)接口、舵機(jī)接口、超聲波接口、藍(lán)牙接口等，以便開發(fā)者能夠更方便地進(jìn)行小車的設(shè)計和調(diào)試。圖3.1STM32智能小車拓展板3.1.2超聲波模塊設(shè)計HC-SR04模塊能實現(xiàn)非接觸式的距離測量，通常用于檢測障礙物或確定物體的位置，模塊的最小測距盲區(qū)為2cm，最遠(yuǎn)可達(dá)4m，適用于多種近距離測距應(yīng)用。測距精度高達(dá)3mm，滿足多數(shù)工業(yè)和日常應(yīng)用的精度要求[18]。支持GPIO、UART、IIC及1-WIRE多種接口模式，可與不同類型的微控制器或設(shè)備兼容連接。工作電壓范圍為2.8-5.5V，適合不同電壓環(huán)境的設(shè)備使用。工作電流僅為2mA，適合于對功耗要求嚴(yán)格的應(yīng)用場合。該模塊由兩個壓電陶瓷片組成，超聲波原理圖如圖3.2所示。圖3.2超聲波模塊原理圖3.1.3OLED液晶顯示屏模塊OLED的發(fā)光原理與LED發(fā)光原理類似，其原理為向器件的陽極端發(fā)射空穴，向器件的陰極端發(fā)射電子，在外部施加一個電壓，經(jīng)過傳輸空穴層的空穴會和經(jīng)過傳輸電子層的電子在有機(jī)發(fā)光層相遇[19]。實現(xiàn)OLED顯示通常需要一個OLED顯示屏、驅(qū)動芯片和控制器。驅(qū)動芯片用于控制像素的亮度和顏色，而控制器則用于接收和處理要顯示的圖像數(shù)據(jù)。通過將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到OLED模塊，控制器可以控制每個像素的亮度和顏色，從而顯示出所需的圖像或文字。在系統(tǒng)中其與單片機(jī)進(jìn)行的方式為IIC通信其在寫入數(shù)據(jù)時的格式如圖3.3所示。圖3.3數(shù)據(jù)格式其開始傳輸數(shù)據(jù)和停止傳輸數(shù)據(jù)的條件如圖3.4所示。圖3.4傳輸數(shù)據(jù)的條件3.1.4藍(lán)牙模塊BT04-T BT04-T藍(lán)牙模塊，擁有SPP3.0+BLE4.2藍(lán)牙協(xié)議，模塊內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)串口協(xié)議。可以通過模塊串口跟移動端、PC端、主設(shè)備端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，安裝串口助手軟，使用USB轉(zhuǎn)TTL串口線跟模塊連接進(jìn)行通信，用AT命令對模塊參數(shù)進(jìn)行配置和修改。其AT指令如表3.1所示。表3.1AT指令功能指令相應(yīng)說明查詢版本號AT+VERSION+VERSION=<version><version>軟件版本號查詢MAC地址AT+LADDR+LADDR=<laddr><laddr>藍(lán)牙MAC地址碼查詢藍(lán)牙名AT+NAME+NAME=<name><name>藍(lán)牙名3.1.5語音識別模塊 Cl-03T語音識別模塊，以其高度集成化、易于使用和靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)，在本次設(shè)計中脫穎而出。這款模塊采用了先進(jìn)的語音識別算法和技術(shù)，能夠準(zhǔn)確識別并處理語音指令。Cl-03T語音識別模塊的運(yùn)作過程包括一系列精細(xì)的步驟：首先，它通過麥克風(fēng)等音頻設(shè)備捕捉用戶的語音輸入；隨后，對這些原始語音信號進(jìn)行預(yù)處理，去除噪音和回聲，確保語音的純凈度；接著，從處理過的語音信號中提取關(guān)鍵特征，這些特征反映了語音的頻譜特性，為后續(xù)識別提供了重要依據(jù)；在聲學(xué)模型訓(xùn)練階段，利用大量標(biāo)注數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，使其能夠準(zhǔn)確識別語音模式；同時，語言模型的訓(xùn)練則基于上下文信息，預(yù)測可能的詞語序列，進(jìn)一步提高識別的準(zhǔn)確性；最后，將提取的特征與訓(xùn)練好的聲學(xué)模型和語言模型進(jìn)行匹配，通過解碼算法找到最匹配的識別結(jié)果。語音識別模塊CI-O3T的原理圖如圖3.5所示。圖3.5CI-O3T語音識別模塊原理圖 3.1.6電機(jī)驅(qū)動模塊 AT4950電機(jī)驅(qū)動模塊的原理是基于先進(jìn)的驅(qū)動技術(shù)和控制算法來實現(xiàn)對電機(jī)的精準(zhǔn)操控。該模塊采用了高效且穩(wěn)定的電路設(shè)計，通過接收控制信號，對電機(jī)進(jìn)行精確的控制。首先，AT4950電機(jī)驅(qū)動模塊通過接收外部的PWM（脈寬調(diào)制）信號或其他控制信號，將其轉(zhuǎn)換為適合電機(jī)驅(qū)動的電流或電壓信號。這些控制信號可以根據(jù)需要調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速、方向和啟停狀態(tài)。在驅(qū)動過程中，AT4950采用先進(jìn)的控制算法，通過對電機(jī)電流的精確控制，實現(xiàn)電機(jī)的平穩(wěn)啟動、穩(wěn)定運(yùn)行和精確停止。同時，它還可以根據(jù)電機(jī)的負(fù)載情況和工作環(huán)境，自動調(diào)整輸出電流的大小，以確保電機(jī)在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。電機(jī)驅(qū)動模塊的原理圖如圖3.6所示。另外AT4950是一款刷式直流電機(jī)驅(qū)動器，VM單電源供電，內(nèi)置電荷泵。兩個邏輯輸入控制H橋驅(qū)動器，該驅(qū)動器由四個N-MOS組成，能夠以高達(dá)3.6A的峰值電流雙向控制電機(jī)。該芯片利用電流衰減預(yù)置最大輸出電流，能夠?qū)㈦娏飨拗圃谀骋灰阎?。如果將兩個輸入均置為低電平，則電機(jī)驅(qū)動器將進(jìn)入低功耗休眠模式。內(nèi)部關(guān)斷功能包含欠壓鎖定和過溫保護(hù)。H橋控制邏輯表如表3.2所示。圖3.6電機(jī)驅(qū)動AT4950原理圖表3.2H橋控制邏輯表IN1IN2OUT1OUT2說明00ZZ休眠10HL正向01LH反向11LL剎車3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計3.2.1軟件開發(fā)環(huán)境概述 在本文中，我們采用基于ARM內(nèi)核的STM32F103C8T6作為主控制器，并使用廣泛流行的ARM開發(fā)工具——KeilMDK5進(jìn)行程序編寫與調(diào)試。在開發(fā)過程中，開發(fā)者需在KeilMDK5中新建工程并指定目標(biāo)芯片。接著，需配置工程參數(shù)，如命名、存儲路徑、芯片型號及時鐘頻率等。為簡化引腳和外設(shè)配置，開發(fā)者可利用STM32CubeMX圖形化工具直觀設(shè)置并生成初始化代碼?？傊?，通過KeilMDK5與STM32CubeMX，開發(fā)者能高效完成STM32F103C8T6的軟件開發(fā)，實現(xiàn)復(fù)雜功能。開發(fā)環(huán)境如此便捷，助力項目快速推進(jìn)。開發(fā)環(huán)境如圖3.7所示。3.2.2系統(tǒng)主程序設(shè)計 設(shè)計融合語音識別與藍(lán)牙控制功能的小車的程序整體流程如下：首先進(jìn)行小車的初始化設(shè)置，隨后根據(jù)用戶需求選擇控制方式—無線控制或語音控制。若選擇無線控制，則通過藍(lán)牙模塊與移動設(shè)備連接，接收并執(zhí)行指令；若選擇語音控制，則利用語音控制模塊識別語音指令并相應(yīng)執(zhí)行。在整個過程中，避障算法和運(yùn)動控制算法將協(xié)同工作，確保小車能夠智能避開障礙物并精確執(zhí)行控制指令。最后，通過系統(tǒng)測試與優(yōu)化，確保程序穩(wěn)定可靠。小車的體系統(tǒng)流程圖如圖3.7所示。圖3.7系統(tǒng)整體流程圖3.2.3超聲波避障設(shè)計 在本次設(shè)計的小車?yán)锩?，首先通過語音識別或者藍(lán)牙APP上進(jìn)行選擇，進(jìn)入到小車的避障模式。小車先通過超聲波模塊，發(fā)出超聲波，這些聲波碰到障礙物后會反射回來。小車通過測量超聲波發(fā)出和反射回來的時間，通過兩次的信號間隔就能知道障礙物離它有多遠(yuǎn)距離=高電平時間*聲速(340m/s)/2。再通過改變舵機(jī)的PWM來改變舵機(jī)的轉(zhuǎn)向，使得超聲波模塊的測試范圍能夠更大。超聲波時序圖如圖3.8所示,方案流程圖如圖3.9所示。舵機(jī)的控制一般需要一個20ms左右的時基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為0.5ms~2.5ms范圍內(nèi)的角度控制脈沖部分。以180度角度伺服為例，那么對應(yīng)的控制關(guān)系如表3.2所示。圖3.8超聲波時序圖圖3.8超聲波舵機(jī)避障流程圖表3.2舵機(jī)轉(zhuǎn)動關(guān)系圖高電平時間旋轉(zhuǎn)角度0.5ms1.0ms0度45度1.5ms90度2.0ms135度2.5ms180度3.2.4語音控制程序設(shè)計小車使用語音模塊采集用戶的語音輸入，將采集到的語音信號可能包含噪音、回聲等干擾，需要進(jìn)行預(yù)處理以提高識別準(zhǔn)確性。預(yù)處理包括降噪、去除回聲等技術(shù)。將特征與聲學(xué)模型和語言模型進(jìn)行匹配，找出最可能的識別結(jié)果，將語音信息轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能夠識別的信息，從而做出對應(yīng)的反應(yīng)。語音控制程序流程圖如圖3.9所示：圖3.9語音控制程序流程圖第四章結(jié)果分析4.1系統(tǒng)的調(diào)試首先將寫好的程序進(jìn)行編譯是確認(rèn)其否存在錯誤，沒有錯誤便可以將程序下載到單片機(jī)中，接上電源后檢查線路的連接和硬件是否正常工作，再連接實物進(jìn)行測試如果有問題，及時更改線路連接或者更換硬件；如果沒有，便可使用對應(yīng)的功能鍵對總體系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。實物制作圖如圖4.1所示。圖4.1基于語音識別和無線控制的小車實物圖4.1.1超聲波舵機(jī)避障的調(diào)試 先將超聲波模塊和舵機(jī)通過底座連接成一個新的模塊如圖4.2所示。在設(shè)置不同的障礙物條件進(jìn)行多次實驗得出參數(shù)結(jié)果如圖表4.1所示。 首先通超聲測距為測量出小車和障礙物之間的距離，通過返回的數(shù)據(jù)和設(shè)置的閾值進(jìn)行對比，判斷是否需要避障。其次以舵機(jī)為底座，進(jìn)行左右各90度的旋轉(zhuǎn)，再配合超聲波進(jìn)行避障分析。在探測到障礙物的情況下，根據(jù)距離信息，利用脈寬調(diào)制（PWM）設(shè)置高電平的時間使得舵機(jī)進(jìn)行角度的調(diào)整，以達(dá)到避障路線的規(guī)劃。 超聲波舵機(jī)避障將測距與PWM調(diào)制相結(jié)合，然后根據(jù)反饋的數(shù)據(jù)判斷小車避障，從而實現(xiàn)小車在復(fù)雜環(huán)境下的靈活、高效避障。圖4.2超聲波舵機(jī)避障模塊實物圖表4.1超聲波舵機(jī)避障的測試結(jié)果障礙物距離是否避障是否達(dá)到預(yù)期10cm是是15cm是是20cm是是>25cm否否4.1.2藍(lán)牙控制小車的調(diào)試首先在手機(jī)中下載藍(lán)牙串口APP，用于和藍(lán)牙模塊進(jìn)行通信，在APP中設(shè)計小車的操作界面如圖4.3所示。其次在藍(lán)牙APP的鍵盤界面設(shè)計小車的操作界面，編輯按鈕文本來和小車進(jìn)行通信。通過設(shè)置的十六進(jìn)制的信息發(fā)送給藍(lán)牙模塊，通過程序中設(shè)置的條件對手機(jī)發(fā)送的信息進(jìn)行處理。最后連接上藍(lán)牙，當(dāng)藍(lán)牙串口APP上的操作界面進(jìn)行小車的操控。圖4.3藍(lán)牙控制的操作界面表4.2藍(lán)牙操控測試測試距離\m實際距離\m有無反應(yīng)是否到達(dá)預(yù)期相對誤差1.011.00有是1.00%2.973.00有是1.50%4.064.00有是1.00%>5>5無否4.1.3語音控制小車的調(diào)試 開小車電源，在不同的距離和語速下進(jìn)行測試。通過語音識別模塊對接收到的語音信息進(jìn)行處理，在根據(jù)程序中設(shè)置的條件做出對應(yīng)的判斷，如前進(jìn)，后退，速度加減等動作。再測試是否有播報語音，例如在說到前進(jìn)時，是否有提示語音（前進(jìn)）等。語音識別和控制的測試結(jié)果如表4.3所示。表4.3語音識別與控制測試結(jié)果測試序號測試條件語音指令識別結(jié)果動作執(zhí)行提示語音播報1距離3米，正常語速前進(jìn)成功小車前進(jìn)1s“前進(jìn)”2距離2米，快速語速后退成功小車后退1s“后退”3距離1米，慢速語速加速成功小車速度增加“速度加”4距離3米，正常語速減速成功小車速度減小“速度減”5距離2米，快速語速前進(jìn)失敗無動作無播報6距離1米，慢速語速暫停成功小車停止無播報7距離3米，正常語速左轉(zhuǎn)成功小車左轉(zhuǎn)“左轉(zhuǎn)”8距離2米，慢速語速右轉(zhuǎn)成功小車右轉(zhuǎn)“右轉(zhuǎn)”9距離1米，快速語速超聲波舵機(jī)避障模式成功自動避障模式“超聲波舵機(jī)避障模式”10距離2米，快速語速超聲波舵機(jī)避障模式成功自動避障模式超聲波舵機(jī)避障模式”11距離3米，快速語速超聲波舵機(jī)避障模式失敗無反應(yīng)無播報4.1.4OLED的測試 通過軟件PCtoLCD2002選擇字符模式可以將輸入的文字轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的代碼，方便OLED顯示，再通過藍(lán)牙或者語音對小車進(jìn)行控制，通過顯示屏所顯示的文字來測試OLED屏幕是不是正常的顯示了信息。字符生成如圖4.4所示。測試結(jié)果如圖4.5所示。圖4.4PCtoLCD2002字模生成圖4.5OLED測試結(jié)果4.2結(jié)果分析一、功能實現(xiàn)情況：1.藍(lán)牙控制功能正常，能夠穩(wěn)定接收并執(zhí)行指令。2.語音控制模塊識別準(zhǔn)確，響應(yīng)迅速，操作便捷。3.超聲波避障系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能夠精確檢測并避開障礙物。4.舵機(jī)控制精準(zhǔn)，轉(zhuǎn)向靈活，適應(yīng)性強(qiáng)。二、測試中發(fā)現(xiàn)的問題：1.在高噪音環(huán)境下，語音識別模塊偶爾會出現(xiàn)識別錯誤，需要進(jìn)一步優(yōu)化。2.在極端角度或快速轉(zhuǎn)向時，舵機(jī)反應(yīng)稍有延遲，需調(diào)整控制算法。3.在短距離避障時，由于設(shè)置的小車速度較快，在比較復(fù)雜的近距離避障時出現(xiàn)碰撞導(dǎo)致避障失敗。4.藍(lán)牙操控的時候語音控制會出現(xiàn)錯誤的判斷。4.3總結(jié)藍(lán)牙控制和語音控制超聲波避障小車總結(jié)：完成了小車的總體方案設(shè)計，實現(xiàn)了藍(lán)牙控制和語音控制功能，滿足了用戶多樣化操作需求。整合了超聲波避障模塊，有效提升了小車的避障能力和安全性。在硬件和軟件設(shè)計上均取得了成功，確保了小車運(yùn)行的穩(wěn)定性和精確性。通過系統(tǒng)測試，驗證了小車各項功能的可行性與有效性，為實際應(yīng)用提供了有力支持。4.4展望基于語音識別和無線控制的小車，尤其是結(jié)合了避障功能的型號，正成為智能科技領(lǐng)域的一匹黑馬，其發(fā)展前景令人期待。目前，雖然小車在語音識別準(zhǔn)確性和無線控制穩(wěn)定性上仍有提升空間，但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們可以預(yù)見，未來小車將能夠更精確地理解并執(zhí)行語音指令，同時保持無線控制的流暢與穩(wěn)定。更為令人激動的是，當(dāng)小車具備了避障功能后，其安全性和實用性將大大增強(qiáng)。無論是家庭環(huán)境還是復(fù)雜的外部空間，小車都能通過智能感知系統(tǒng)實時檢測并避開障礙物，確保行駛過程中的安全。此外，隨著應(yīng)用場景的不斷拓展，這種小車有望融入更多智能化功能，比如自動導(dǎo)航、環(huán)境感知等，進(jìn)一步提升用戶體驗。在智能家居、物流配送等領(lǐng)域，它也將發(fā)揮越來越重要的作用。綜上所述，基于語音識別和無線控制的小車（有避障功能）在未來有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。我們期待它能夠在技術(shù)的推動下，不斷完善和提升，為人們的生活帶來更多便利和樂趣。參考文獻(xiàn)[1]劉磊,孫曉菲,張煜等.基于STM32的可遙控智能跟隨小車設(shè)計[J].電子測量技術(shù),2015,38(06):31-33+