III嵌入式無(wú)人機(jī)語(yǔ)音指令控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要如今對(duì)于無(wú)人機(jī)而言,其控制方式在各個(gè)國(guó)家都受到了很密切的關(guān)注。本文研究了在各種嵌入式的操作平臺(tái)上直接地實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)運(yùn)行語(yǔ)音指令自動(dòng)監(jiān)控運(yùn)行控制系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),可以有效地簡(jiǎn)化其系統(tǒng)的運(yùn)行流程、掩蓋實(shí)際操作中的細(xì)節(jié)。通過(guò)簡(jiǎn)潔、友好的嵌入式語(yǔ)音接口應(yīng)用界面以便于用戶能與綜合監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，直接實(shí)現(xiàn)更加深入的監(jiān)測(cè)和信息交互,完成僅以嵌入式語(yǔ)音指令應(yīng)用需求為主要代表的綜合監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的內(nèi)容,為嵌入式無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)用戶量身定做了一個(gè)獨(dú)立的監(jiān)測(cè)單人戶外都可以操作的微型監(jiān)測(cè)語(yǔ)音指令綜合控制系統(tǒng)。對(duì)于正在促進(jìn)我國(guó)大力發(fā)展民用航空和航天事業(yè)的重大民用航空和飛行器現(xiàn)代化項(xiàng)目建設(shè),其中的意義是十分重要,具有重大歷史性的實(shí)踐意義和科學(xué)研究?jī)r(jià)值。本文主要將嵌入式人機(jī)語(yǔ)音指令識(shí)別控制技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)及其在智能工業(yè)應(yīng)用中無(wú)人機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的主要功能和未來(lái)發(fā)展前景等問(wèn)題作為主要學(xué)術(shù)研究課題的內(nèi)容,以便于企業(yè)更好地簡(jiǎn)化和優(yōu)先設(shè)計(jì)使用無(wú)人機(jī)自動(dòng)控制的具體工作過(guò)程、提供一種簡(jiǎn)潔的人機(jī)語(yǔ)音指令自動(dòng)控制系統(tǒng)作為接口等問(wèn)題作為本文主要研究的目標(biāo)。針對(duì)當(dāng)前語(yǔ)音指令識(shí)別技術(shù),算法在各種嵌入式操作系統(tǒng)上的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)與設(shè)計(jì)優(yōu)化、語(yǔ)音指令自動(dòng)監(jiān)測(cè)驗(yàn)證控制系統(tǒng)終端和語(yǔ)音監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)驗(yàn)證控制平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多個(gè)相關(guān)技術(shù)問(wèn)題等并進(jìn)行了對(duì)應(yīng)研究。關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；語(yǔ)音指令；控制系統(tǒng)目錄184681緒論 1299291.1研究背景 1216001.2研究目的及意義 1160251.3研究綜述 1307851.4研究?jī)?nèi)容 2147462系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 3277123硬件電路設(shè)計(jì) 6167943.1飛控硬件模塊選用及作用 666203.2無(wú)線傳輸模塊選用及作用 6265143.3語(yǔ)音識(shí)別端的選擇 673383.4無(wú)人機(jī)語(yǔ)音指令控制終端設(shè)計(jì) 7321643.4.1處理器的選擇及作用 723373.4.2供電電路的設(shè)計(jì) 935473.4.3麥克風(fēng)放大電路的研究 11129983.4.4LCD顯示及觸摸屏驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì) 13288443.5姿態(tài)測(cè)量模塊的作用及主控模塊的設(shè)計(jì) 1779923.6無(wú)線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19205543.6.1無(wú)線傳輸模塊接口配置 19183723.7實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制姿態(tài) 2353734軟件設(shè)計(jì) 2510444.1SRGS1.0規(guī)范 25310344.2Android端應(yīng)用程序設(shè)計(jì) 26159934.3STM32處理器端程序設(shè)計(jì) 26319595無(wú)人機(jī)語(yǔ)音指令控制系統(tǒng)驗(yàn)證平臺(tái) 28253045.1指令發(fā)送系統(tǒng)的搭建 28110595.1.1對(duì)27MHZ四通道遙控器的分析與改造 2825555.1.2PWM可編程電壓的輸出 3128384結(jié)束語(yǔ) 3625024參考文獻(xiàn) 385519附錄1：定時(shí)器2的時(shí)鐘配置及中斷配置： 3931358附錄2：STM32的ADC1配置程序： 401緒論研究背景因?yàn)樗菬o(wú)人機(jī)的一種控制終端，地面控制系統(tǒng)本身就是無(wú)人機(jī)執(zhí)行的控制手段，是科學(xué)家和技術(shù)工業(yè)者所研發(fā)出來(lái)的最重要核心零部件。為此，人們?cè)趪?guó)內(nèi)外加大資金投入，研發(fā)出了一套多樣化、形式豐富的地面指揮系統(tǒng)，對(duì)于一些大型的地面監(jiān)測(cè)和控制電臺(tái),一般都是選擇通過(guò)pc機(jī)進(jìn)行連接,采用自己的專用接口卡來(lái)對(duì)其進(jìn)行連接,這種監(jiān)測(cè)和控制臺(tái)的編程采用基于pc機(jī)自己設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的軟件進(jìn)行。對(duì)小型的地面監(jiān)測(cè)控制電臺(tái)，一般可以稱為小型偵測(cè)無(wú)人機(jī)的控制，多采用手持搖桿來(lái)控制，利用視覺(jué)中所反饋的信息來(lái)進(jìn)行位、姿勢(shì)的調(diào)節(jié)。它的體積小，易于由前線工程師和作戰(zhàn)隊(duì)伍中的人員直接控制，但是由于控制手段方法單一，主要是依靠操作人員對(duì)搖桿的掌握和熟練運(yùn)用。1.2研究目的及意義對(duì)于一些大型的地面監(jiān)測(cè)和控制電臺(tái),一般都是選擇通過(guò)pc機(jī)進(jìn)行連接,采用自己的專用接口卡來(lái)對(duì)其進(jìn)行連接,這種監(jiān)測(cè)和控制臺(tái)的編程采用基于pc機(jī)自己設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的軟件進(jìn)行。將空軍語(yǔ)音指令機(jī)與控制系統(tǒng)技術(shù)直接結(jié)合引入應(yīng)用到一個(gè)新的嵌入式飛控系統(tǒng)，可以有效促進(jìn)空軍控制指揮系統(tǒng)的更加小型化、單兵化，能夠給空軍一線航空作戰(zhàn)技術(shù)人員隨時(shí)提供一種便捷的小型無(wú)人機(jī)飛行接管和自動(dòng)控制。所以，研究成果推廣了一種采用飛機(jī)語(yǔ)音指令辨認(rèn)控制技術(shù)的一種嵌入式民用無(wú)人機(jī)飛行地面自動(dòng)控制指令監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以及為未來(lái)幾年飛機(jī)提供的一種使用操作簡(jiǎn)易、便攜式的飛機(jī)語(yǔ)音指令自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，對(duì)于不斷促進(jìn)現(xiàn)代我國(guó)民用業(yè)和航空業(yè)的安全國(guó)防和推進(jìn)現(xiàn)代化軍隊(duì)建設(shè)，都已經(jīng)具有非常重要的歷史現(xiàn)實(shí)意義和非常歷史性的實(shí)用價(jià)值。1.3研究綜述2004年,美國(guó)mit的的一位研究工作人員設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了一種新型的有人機(jī)語(yǔ)音對(duì)準(zhǔn)制導(dǎo)系統(tǒng),允許普通的駕駛員憑借一種語(yǔ)音或者是手動(dòng)的指令直接地進(jìn)行自動(dòng)駕駛,無(wú)人飛行的飛機(jī)可以在時(shí)示檢測(cè)中及時(shí)地做到響應(yīng)一種語(yǔ)音的指令，遵循它們的指令就可以飛向它們所在的目標(biāo)。利用f-15和t-33兩種新型的教練機(jī)，該導(dǎo)引裝置已經(jīng)成功進(jìn)行了飛行檢測(cè)。f-15中的飛行員將使用日常的英語(yǔ)向t-33發(fā)出無(wú)人機(jī)語(yǔ)音指令，t-33將代替現(xiàn)實(shí)的無(wú)人機(jī)來(lái)執(zhí)行這些語(yǔ)音指令，以保證飛行安全，避免受到威脅。在2008年，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的適用于噪雜環(huán)境的高精度“動(dòng)態(tài)語(yǔ)音”識(shí)別軟件。本系統(tǒng)可以根據(jù)放行員的語(yǔ)音命令來(lái)控制各種食管員系統(tǒng)，如通信、導(dǎo)航等，不僅簡(jiǎn)化了飛行員的工作量，而且提高了操作的安全性和有效性，使時(shí)間管理能夠?qū)Ｗ⒂诒３謺r(shí)間顯示。我國(guó)的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)方面的研究在現(xiàn)在也已經(jīng)達(dá)到了一定的高度。其中孤立詞識(shí)別發(fā)展至連續(xù)性詞語(yǔ)識(shí)別、從最低的小詞匯數(shù)據(jù)量發(fā)展至巨型語(yǔ)音模板數(shù)據(jù)庫(kù)，一些已經(jīng)取得的研究成果已達(dá)到或者說(shuō)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了國(guó)外同期的水平。1978年，中科院聲學(xué)所專門研究設(shè)計(jì)了一套基于孤詞的實(shí)時(shí)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)，它能夠同時(shí)識(shí)別數(shù)百個(gè)漢語(yǔ)的成語(yǔ)，但是識(shí)別的持續(xù)時(shí)間相對(duì)比較長(zhǎng)。邁入21世紀(jì)，以"科大訊飛"為主要代表的是我國(guó)最早發(fā)展起來(lái)的新一代語(yǔ)音技術(shù)龍頭企業(yè)，推出了多種語(yǔ)音識(shí)別、聲紋識(shí)別等領(lǐng)域的應(yīng)用產(chǎn)品。1.4研究?jī)?nèi)容為了實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)通過(guò)操作員的語(yǔ)音指令來(lái)進(jìn)行一系列操作，本文主要研究人機(jī)交互語(yǔ)音識(shí)別，通過(guò)語(yǔ)音的識(shí)別，將生成的指令通過(guò)WiFi發(fā)送給無(wú)人機(jī)，來(lái)完成用戶的指令，此研究可以通過(guò)語(yǔ)音指令減少一些復(fù)雜的操作，提供一種操作簡(jiǎn)單且便攜的方式。主要研究方面有：1.語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的大概工作流程:語(yǔ)音輸入，特征提取，語(yǔ)音解碼和搜索算法，建立模型，語(yǔ)言模型訓(xùn)練，解碼文本輸出到無(wú)人機(jī)，無(wú)人機(jī)通過(guò)姿態(tài)感知和控制來(lái)調(diào)整。2.硬件設(shè)計(jì)：飛控硬件的選擇（主要負(fù)責(zé)姿態(tài)與加速度控制），無(wú)線傳輸模塊，控制終端處理器，麥克風(fēng)，姿態(tài)測(cè)量模塊的選擇。3.軟件設(shè)計(jì)中算法的選擇：主要采用單片機(jī)和DSP加語(yǔ)音識(shí)別算法來(lái)達(dá)到語(yǔ)音控制。4.搭建驗(yàn)證平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試來(lái)驗(yàn)證猜想與設(shè)計(jì)。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)的語(yǔ)音辨認(rèn)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有兩個(gè)方面:一是硬件和軟件。它的硬件架構(gòu)主要有四個(gè)部分:動(dòng)力系統(tǒng)模塊、姿態(tài)感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、wifi模塊、空氣動(dòng)態(tài)感知裝置；軟件設(shè)計(jì)組成部分以萬(wàn)維網(wǎng)中的語(yǔ)音識(shí)別語(yǔ)法規(guī)范1.0標(biāo)準(zhǔn)(下文縮寫為srgs1.0)作為技術(shù)基礎(chǔ)，先以abnf格式的文檔完成了語(yǔ)音識(shí)別，識(shí)別的結(jié)果由軟件自動(dòng)進(jìn)行信號(hào)處理，匹配后可自動(dòng)生成一個(gè)相應(yīng)的控制指令，利用移動(dòng)手機(jī)端的wifi模塊的特性將信號(hào)通過(guò)wifi發(fā)送到無(wú)人機(jī)。uav端通過(guò)ticc3200wifi模塊直接接收到控制命令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)由stm32f3進(jìn)行控制，完成了用戶所需要的相應(yīng)命令。該傳感器控制系統(tǒng)通過(guò)無(wú)人機(jī)姿態(tài)融合算法和控制算法對(duì)各種無(wú)人機(jī)的轉(zhuǎn)速和運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行了調(diào)整，并根據(jù)傳感器群感知無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)(飛行姿態(tài)、高度、方向等)對(duì)其進(jìn)行人工語(yǔ)音控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的人工語(yǔ)音控制。對(duì)于整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖，如圖2-1：圖2-1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理流程圖圖2-2為飛控主控制器系統(tǒng)整體電路圖。圖2-2飛控主控制器系統(tǒng)電路語(yǔ)音識(shí)別工作流程：大致可以分為四個(gè)大部分：語(yǔ)音接收，特征提取，分析語(yǔ)言模型，解碼輸出。對(duì)于具體的語(yǔ)音識(shí)別部分的工作流程圖如圖2-3所示：圖2-3語(yǔ)音識(shí)別流程圖本文中的語(yǔ)音控制系統(tǒng)中包含語(yǔ)音錄入模塊，語(yǔ)音識(shí)別模塊，標(biāo)準(zhǔn)指令庫(kù)模塊，所述的語(yǔ)音識(shí)別模塊分別與功能控制模塊和標(biāo)準(zhǔn)指令庫(kù)模塊連接。其工作邏輯是：識(shí)別轉(zhuǎn)換模塊識(shí)別語(yǔ)音的信息，并將所述語(yǔ)音信息與所獲取的標(biāo)準(zhǔn)指令庫(kù)模塊內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)指令進(jìn)行比對(duì)，獲取對(duì)比結(jié)果，并向所述功能控制模塊發(fā)送所述比對(duì)結(jié)果，是通過(guò)WiFi模塊進(jìn)行發(fā)送的，識(shí)別轉(zhuǎn)換模塊和所述功能控制模塊之間通過(guò)總線信號(hào)連接，然后功能控制模塊再根據(jù)比對(duì)結(jié)果執(zhí)行對(duì)應(yīng)的功能操作。與比對(duì)結(jié)果對(duì)應(yīng)的功能操作包括：操作無(wú)人機(jī)顯示屏對(duì)應(yīng)顯示，通過(guò)無(wú)人機(jī)的總控系統(tǒng)對(duì)應(yīng)控制無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)操作或操作無(wú)人機(jī)的電源管理模塊。操作員通過(guò)手機(jī)上的Wifi模塊連接無(wú)人機(jī)上的終端處理器，但是單單只有WiFi模塊是不夠的，還有狀態(tài)同步器，位置在無(wú)人機(jī)接收系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間，它的作用是實(shí)時(shí)同步無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)獲取到的無(wú)人機(jī)信息數(shù)據(jù)，并對(duì)所述無(wú)人機(jī)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行異常檢測(cè)，且如果有異常能發(fā)出警告。本文中的硬件結(jié)構(gòu)組成及作用：1動(dòng)力部：為機(jī)構(gòu)提供所需的動(dòng)力2姿態(tài)感知部：在運(yùn)動(dòng)中可以進(jìn)行一系列的動(dòng)作姿態(tài)的改變3控制部：控制轉(zhuǎn)速，高度，方向等4WiFi模塊：使用WiFi模塊進(jìn)行接收控制指令5氣動(dòng)感知裝置：用氣壓力驅(qū)動(dòng)啟閉或調(diào)節(jié)閥門的執(zhí)行裝置3硬件電路設(shè)計(jì)3.1飛控硬件模塊選用及作用首先是對(duì)于飛控硬件模塊的選用，我對(duì)于此部分設(shè)計(jì)選用了市場(chǎng)上很常用的F450四軸飛控模塊作為無(wú)人機(jī)的機(jī)架，選用型號(hào)為SPRacingF.3的飛控板作為無(wú)人機(jī)控制器，選用這種型號(hào)的飛控板可以使得在無(wú)人技術(shù)研發(fā)應(yīng)用中所自行研制的無(wú)人飛行機(jī)動(dòng)姿態(tài)系統(tǒng)有著高穩(wěn)定性、有確立的穩(wěn)定點(diǎn)、進(jìn)行定翻轉(zhuǎn)等工作也非常方便。飛控模塊硬件控制模塊主要功能是專門負(fù)責(zé)對(duì)各種無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)與整體運(yùn)動(dòng)位置進(jìn)行精確檢測(cè)，控制各類專用無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速與姿態(tài)運(yùn)動(dòng)，從而精確控制各種無(wú)人機(jī)各類專用電機(jī)的運(yùn)動(dòng)位置與姿態(tài)運(yùn)動(dòng)運(yùn)行方向，負(fù)責(zé)WiFi模塊(或GSM或Bluetooth模塊)的通訊工作。3.2無(wú)線傳輸模塊選用及作用UAV通訊模塊可以直接選擇wifi、gsm、藍(lán)牙等模塊作為通訊模塊，與android終端進(jìn)行通訊。gsm模塊通訊效率較低；藍(lán)牙模塊則是通訊的距離較短，不太適宜于本設(shè)計(jì)的應(yīng)用場(chǎng)景；而wifi模塊的通信速率相對(duì)較高，因此選擇WiFi模塊。TICC3300WiFi模組的功耗極低，尺寸小，速度快且UART波特率可達(dá)3Mbps。無(wú)線傳輸模塊的作用就是通過(guò)WiFi進(jìn)行信號(hào)指令的傳輸工作。3.3語(yǔ)音識(shí)別模塊的選用語(yǔ)音識(shí)別解決方案的種類也有很多種,如常見(jiàn)的le3320模塊、isd等一系列的芯片模塊以及pm等一系列的芯片模塊,雖然都已經(jīng)基本上具有了各種語(yǔ)音音頻識(shí)別的技術(shù)和基本功能,但是實(shí)際上由于其使用較繁瑣,除此之外現(xiàn)在pc等移動(dòng)通信終端上的microsoft等應(yīng)用程序所需要進(jìn)行集成的各種語(yǔ)音音頻識(shí)別處理功能雖然也被廣泛地應(yīng)用于本操作系統(tǒng),但是在實(shí)際調(diào)試時(shí)卻不難發(fā)現(xiàn)其使用效果并不好。相比之下可將安卓等移動(dòng)手機(jī)作為語(yǔ)音數(shù)據(jù)識(shí)別的基礎(chǔ)硬件，讓操作員所需要執(zhí)行的操作步驟大幅度減少，其中的開(kāi)源語(yǔ)音數(shù)據(jù)資料更豐富，更全面，識(shí)別語(yǔ)音效果也做得更好，省去了繁瑣的手機(jī)語(yǔ)音識(shí)別培訓(xùn)操作過(guò)程，更加適合本語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。圖3-1為硬件設(shè)計(jì)框架。圖3-1硬件框架3.4無(wú)人機(jī)語(yǔ)音指令控制終端設(shè)計(jì)3.4.1處理器的選擇及作用本論文選用stm32f103作為其主芯片。作為嵌入式ARM處理器，它為實(shí)現(xiàn)MCU的需要提供了低成本的平臺(tái)、縮減的引腳數(shù)目、降低的系統(tǒng)功耗，同時(shí)提供了卓越的計(jì)算性能和先進(jìn)的中斷響應(yīng)系統(tǒng)。為整個(gè)語(yǔ)音控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理提供保障，提高運(yùn)算速度，存儲(chǔ)容量也相對(duì)充足。圖3-2STM32F103內(nèi)部及連接結(jié)構(gòu)圖如連接結(jié)構(gòu)圖3-2所示，是這款處理器的主要內(nèi)部結(jié)構(gòu)和在實(shí)際使用中可能遇到的外設(shè)連接情況，這款處理器理論上的定點(diǎn)運(yùn)算執(zhí)行速率大約可高達(dá)每秒9600萬(wàn)次的即時(shí)定點(diǎn)高速運(yùn)算，不再需要搭載其他操作系統(tǒng)時(shí)，只有sram的元件使用量相對(duì)應(yīng)的減小，片內(nèi)64kb，無(wú)須其他外擴(kuò)式的sram。在我們所有需要運(yùn)行和使用的儀器芯片數(shù)量均為stm32f103zet6時(shí),從一個(gè)flash中自動(dòng)開(kāi)始運(yùn)行一個(gè)應(yīng)用代碼,主頻被自動(dòng)調(diào)至72mhz,除了需要再次使用運(yùn)算器核心外,只要你還是需要再次打開(kāi)我們所有的儀器和使用芯片得到的軟件組成:fsmc、exit、定時(shí)器1、2、3,spi1、2、3、adc1等,實(shí)測(cè)得的輸出和輸入電流的電流量范圍大約是46ma(3.3v標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓),功耗也相對(duì)比較低。使用一個(gè)模擬信號(hào)采樣器是at9912的麥克風(fēng)配合一個(gè)模擬信號(hào)采樣放大器和一個(gè)控制電路,將10mv左右的微弱數(shù)字音頻的信號(hào)進(jìn)行采樣放大到1.5v左右,提供給每個(gè)模擬信號(hào)芯片一臺(tái)使用一個(gè)自帶12位數(shù)的adc主機(jī)對(duì)其進(jìn)行模擬視聽(tīng)和數(shù)字音頻的信號(hào)采樣。處理器對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)信號(hào)進(jìn)行了多次語(yǔ)音識(shí)別辨認(rèn)和數(shù)據(jù)處理后,將語(yǔ)音識(shí)別的數(shù)據(jù)結(jié)果直接顯示出來(lái)在一個(gè)lcd上,與基于lcd的各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)信號(hào)進(jìn)行了通訊,并且采用了fstm32的接口fsmcd的數(shù)據(jù)接口。利用該處理器上的spi的通信端口和主控電阻屏上的adi口轉(zhuǎn)換器芯片相互連接ads7843通信端口用于直接實(shí)現(xiàn)一個(gè)移動(dòng)式自動(dòng)觸摸式按鍵,語(yǔ)音指令控制終端結(jié)構(gòu)圖如圖3-3所示。圖3-3語(yǔ)音指令控制終端結(jié)構(gòu)圖3.4.2供電電路的設(shè)計(jì)供電電路是為了防止當(dāng)適配器斷電時(shí)，被充電電池的電流向適配器倒灌，而只能對(duì)負(fù)載供電。在仔細(xì)地比較了普通堿性aa電池、鎳氫充電電池、鉛酸充電電池、鋰聚合物電池這幾者之間的優(yōu)缺點(diǎn)之后,選擇一種能耗，密度最高,充電時(shí)間相對(duì)較短的鋰聚合物電池。再根據(jù)該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況和要求,對(duì)所需要的電壓設(shè)備進(jìn)行選擇，地面控制終端分別采用12.6v、3500ma的鋰電池。該系統(tǒng)中主要采用的三種參考電壓設(shè)備，類型分別是+5v、+3.3v和+2.5v,其中+5v的參考電壓可以直接提供給遠(yuǎn)程無(wú)人機(jī)遙控器或者是做參考電源等設(shè)備的使用，+3.3v的參考電壓設(shè)備可以直接提供stm32f103、nrf24l01、ads7843及l(fā)cd。,+2.5v可以作為adc的一個(gè)參考電壓。在此設(shè)計(jì)中，我選用了3R33DC這個(gè)型號(hào)的電源模塊進(jìn)行直流電壓效率轉(zhuǎn)換，主要原因是直流性穩(wěn)壓器件對(duì)于直流轉(zhuǎn)換的電壓效率比較低，而且需要消耗大量的能源，也會(huì)使直流電池儲(chǔ)存能量過(guò)多。選用的該型號(hào)電源模塊主要采用mp2307的穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換芯片，12v轉(zhuǎn)3.3v時(shí)間其轉(zhuǎn)換的電壓效率平均可以達(dá)到高達(dá)98%的程度。電源模塊外觀如圖3-4所示。圖3-4電源模塊在實(shí)踐中的應(yīng)用中我們不僅能夠直接轉(zhuǎn)換一下原來(lái)四個(gè)模塊設(shè)計(jì)中的電源穩(wěn)壓二極管與電源調(diào)壓器之間的電阻,通過(guò)vadj四個(gè)逆變器外接器對(duì)逆變器的電路值進(jìn)行電壓調(diào)整后其電阻值就可以直接被應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)12v一直到5v的穩(wěn)壓輸出,轉(zhuǎn)換器的效率也可以保持在95%以上。由于其中dc-dc系列器件的信號(hào)輸出和輸入電壓普遍較低而紋波比較大,所以每個(gè)輸出電壓的輸入和信號(hào)輸出的兩端都會(huì)根據(jù)需要分別添加一個(gè)較大的紋波電容,希望這樣電容能盡量減少和有效消除內(nèi)部紋波，在此我們主要采用的電容是16v紋波耐壓1000uF用于電解液等元件的小型紋波電容。電壓12v轉(zhuǎn)5v的轉(zhuǎn)換電路如圖3-5。圖3-5電壓12V轉(zhuǎn)5V電路3.3v為直接控制電源終端的數(shù)字電路即可實(shí)現(xiàn)直流供電。為了有效地保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)壓和電壓傳遞的穩(wěn)定性我們分別選擇了一種新型的線性穩(wěn)壓元件例如lm1117-3.3,輸入和穩(wěn)壓電壓的輸出分別在其中一端加入0.1uf+10uf的穩(wěn)壓電容器來(lái)對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)壓和濾波處理。將該型號(hào)的電源模塊輸出的5v控制電壓轉(zhuǎn)化成3.3v以上的穩(wěn)定電壓即可提供到各種類型的數(shù)字控制芯片設(shè)備中使用,其中主要包括有數(shù)字主控器控制芯片（含處理器）、無(wú)線信號(hào)射頻控制芯片、pwm控制調(diào)壓部分、lcd驅(qū)動(dòng)控制器背光芯片、led控制背光與主控觸摸屏,轉(zhuǎn)換電路如圖3-6所示。圖3-6基準(zhǔn)電壓源3.3V電路圖3.4.3麥克風(fēng)放大電路的研究1.麥克風(fēng)的作用對(duì)于語(yǔ)音控制系統(tǒng)而言，麥克風(fēng)的作用顯而易見(jiàn)，是用來(lái)錄入人聲等語(yǔ)音的，所以盡可能要求麥克風(fēng)錄入的效果好且識(shí)別速度快。2.麥克風(fēng)的選擇駐極體的電阻麥克風(fēng)通常屬于直流電容式電阻麥克風(fēng)的一種，聲音的內(nèi)部溫度和電壓波動(dòng)率的可能性也會(huì)直接影響改變這種麥克風(fēng)內(nèi)部輸入電容的大小尺寸和電容大小，但由于這種駐極體的電阻麥克風(fēng)電容輸入和外部輸出的輸入阻抗非常高，因此就常常需要在內(nèi)部直接安裝一個(gè)電容場(chǎng)效應(yīng)管理器來(lái)用它作為輸入阻抗電壓轉(zhuǎn)換器，為此這種駐極體的電容麥克風(fēng)在正常聲音工作中就常常需要一個(gè)直流偏置的輸出電壓。一般的駐極體語(yǔ)音麥克風(fēng)根據(jù)輸出的輸入電壓和輸出頻率不同波動(dòng)到的范圍一般是5~10mv之間，各種不同的生產(chǎn)廠家極體麥克風(fēng)根據(jù)輸出的輸入電壓和輸出頻率不同波動(dòng)到的范圍也不同，對(duì)于不同輸出頻率的信號(hào)噪聲和語(yǔ)音信號(hào)波形產(chǎn)生的影響相應(yīng)也就不同，最終這些可能也就會(huì)直接產(chǎn)生的的影響涉及到信號(hào)放大后的語(yǔ)音噪聲和信號(hào)波形，對(duì)于一些語(yǔ)音指令的準(zhǔn)確識(shí)別也就會(huì)有所應(yīng)的影響。一種方法是從普通的商業(yè)電子郵件商務(wù)零售市場(chǎng)上直接獲取并得到的新型麥克風(fēng)，另一種為實(shí)驗(yàn)室可以直接購(gòu)買的新型鐵三角AT9912麥克風(fēng)。兩種類型麥克風(fēng)的頻率錄音值和頻率放大波形可以采用相同的頻率放大值和倍數(shù)來(lái)進(jìn)行視頻顯示。圖3-7AT9912錄制的“左”字時(shí)域波形圖圖3-8普通駐極體麥克風(fēng)錄制的“左”字波形圖表3-1麥克風(fēng)波形測(cè)試對(duì)比表麥克風(fēng)類型幅值特點(diǎn)AT9912高靈敏度高，識(shí)別迅速，效果好普通駐極體低靈敏度較低從本文圖3-7at9912與本文圖3-8普通駐極體錄音麥克風(fēng)的本機(jī)錄音"左"右按鍵相同處的文字我們已經(jīng)可以清楚地明顯看到，at9912輸出的錄音信號(hào)幅度均值相對(duì)比較高，普通駐極體錄音麥克風(fēng)的本機(jī)輸出錄音信號(hào)幅度均值相對(duì)比較低，說(shuō)明本機(jī)at9912的輸出錄音信號(hào)靈敏度相對(duì)比較高。從兩種采樣麥克風(fēng)的各種功能特點(diǎn)和使用性能上對(duì)我進(jìn)行了一次綜合的對(duì)比分析，為了能使后期采樣標(biāo)簽上的識(shí)別采樣效果更加良好，本次我在采樣系統(tǒng)中分別選擇了at9912進(jìn)行采樣聲樂(lè)和音頻視聽(tīng)。3.麥克風(fēng)放大電路仿真的研究麥克風(fēng)放大器的電路原理框圖結(jié)構(gòu)如下，詳見(jiàn)圖3-9。首先向駐極體麥克風(fēng)中加入一個(gè)偏置的電壓，以便于它內(nèi)部的mosfet。然后再加入一個(gè)電壓增益提升器，將其電壓增益提升，經(jīng)過(guò)一次集成式運(yùn)放mcp601，這次放大的倍數(shù)為50倍。最終的輸出電流是在0.9v~1.5v之間有變化，適合adc設(shè)定的基準(zhǔn)輸出電壓為2.5v。圖3-9麥克風(fēng)放大電路圖3.4.4LCD顯示及觸摸屏驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)1.LCD顯示界面在一個(gè)lcd的視頻顯示界面上，使用兩個(gè)ili9320芯片加起來(lái)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)lcd的多個(gè)畫面視頻信號(hào)同時(shí)輸出，ili9320是一款26萬(wàn)彩色彩色tft屏幕的驅(qū)動(dòng)顯示芯片，最大亮度可以同時(shí)支持240*320分辨率的視頻顯示，片內(nèi)數(shù)據(jù)可以同時(shí)顯存到的字節(jié)數(shù)高達(dá)172800個(gè)。它目前可以同時(shí)支持四種與其他無(wú)線主控器和控制芯片相互建立聯(lián)系的無(wú)線連接控制模式，分別是被稱為i8i80模式、vsyncnc模式、spipc模式與rgrgbrc模式。本文先后嘗試采取兩種使用方式與pdili9320通信器相互進(jìn)行聯(lián)系以直接實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)顯示的背光效果，第一次使用采取了lstm32的方式gpio口使用模擬16位的li80模式直接使用驅(qū)動(dòng)背光顯示控制芯片，使用方式pdio口高8位使用作為連接數(shù)據(jù)線低8位，peio口高8位使用作為連接數(shù)據(jù)線高8位，pd0-pd3口分別使用作為連接cs、wr、rd與一個(gè)rs引腳，pd6作為連接lcd的一個(gè)reset引腳，pa1作為連接lcd的一個(gè)背光電路控制引腳并用來(lái)對(duì)其電路進(jìn)行背光控制。接口圖如圖3-10所示。ili9320寫入與讀取時(shí)序圖如圖3-10所示。圖3-10stm32與ili9320連接圖及ili9320寫入時(shí)序圖在程序的控制上，我采用的方法是通過(guò)直接對(duì)i/o口數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫，從而達(dá)到控制時(shí)序的主要目的，需要嚴(yán)格地按照數(shù)據(jù)讀寫的順序和時(shí)間路線來(lái)改變指令引腳的時(shí)序狀態(tài)，由于pd，pe的數(shù)據(jù)接口是可以進(jìn)行分開(kāi)讀寫的高8位的，需要注意的是保護(hù)各口低8位的數(shù)據(jù)不被轉(zhuǎn)換或者改寫。但最后測(cè)試發(fā)現(xiàn)速度不盡人意，目測(cè)時(shí)間估計(jì)為每秒3~5幀左右。所以該部分設(shè)計(jì)仍有待提高。I/O口模擬數(shù)據(jù)線讀寫與讀寄存器程序流程圖如下圖3-11所示。圖3-11I/O口模擬數(shù)據(jù)線讀寫與讀寄存器程序流程圖由于每個(gè)I/0口的數(shù)據(jù)讀寫工作模式完全上都是由一個(gè)軟件進(jìn)行控制，并且在每個(gè)軟件控制電路設(shè)定線置高、設(shè)定電路位置低后后它都會(huì)設(shè)定有一個(gè)延時(shí)以及與每臺(tái)計(jì)算機(jī)工作相互配合的工作時(shí)序，所以實(shí)時(shí)刷屏的工作速度比較緩慢，不能很好地完全滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)刷屏顯示的主要特點(diǎn)。后來(lái)對(duì)其外部顯示接口模式的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了重大改善,經(jīng)過(guò)多次反復(fù)查閱的一些相關(guān)資料和分析得知了具有stm32的內(nèi)部fsmc傳輸接口,即可通過(guò)轉(zhuǎn)換而成為一個(gè)完全可變外部靜態(tài)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和控制器,通過(guò)對(duì)內(nèi)部fsmc傳輸接口和外部相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器接口進(jìn)行了自動(dòng)化的配置,即可根據(jù)不同外部靜態(tài)存儲(chǔ)器傳輸?shù)念愋妥詣?dòng)直接向存儲(chǔ)器發(fā)出與其傳輸速度相同或者適應(yīng)的傳輸數(shù)據(jù)、地址、控制信號(hào),使得stm32可以對(duì)不同的類型、外部存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)庫(kù)傳輸速度進(jìn)行不同的控制。尤其是可以采用i80和m68模式連接LCD進(jìn)行顯示和控制并采用硬件管理CS、RS等接口電平改變。3.5姿態(tài)測(cè)量及主控模塊的設(shè)計(jì)姿態(tài)運(yùn)動(dòng)測(cè)量射頻模塊主要包括射頻加速度姿態(tài)傳感器、無(wú)線通信射頻載波模塊、單片式電機(jī)和無(wú)線計(jì)算機(jī)射頻電源模塊四個(gè)大部分共同組成，其中無(wú)線載波射頻模塊加速度姿態(tài)傳感器主要功能是一種用于能夠直接精確感受射頻加速度并將其信號(hào)轉(zhuǎn)換成作為頻率可以應(yīng)用于射頻輸入或者輸出測(cè)量射頻信號(hào)的姿態(tài)傳感器，具有了姿態(tài)測(cè)量精確、性能穩(wěn)定、可靠性好、使用靈活等幾大特點(diǎn)。無(wú)線電和射頻識(shí)別模塊主要用途是被泛指屬于自動(dòng)識(shí)別射頻技術(shù)的一種，通過(guò)無(wú)線電和射頻的各種方式與識(shí)別物體之間數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的非自動(dòng)接觸雙向射頻數(shù)據(jù)通訊，利用無(wú)線電和射頻的各種方式對(duì)識(shí)別物體數(shù)據(jù)進(jìn)行信息閱讀和數(shù)據(jù)寫入，從而可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別的主要目標(biāo)及任務(wù)進(jìn)行時(shí)的數(shù)據(jù)交換。電源模塊的作用就是電壓的轉(zhuǎn)換，它可以將交流或直流電變換成語(yǔ)音控制系統(tǒng)所需要的交流或直流電。通過(guò)這幾個(gè)模塊來(lái)對(duì)無(wú)人機(jī)的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整。無(wú)線測(cè)量模塊硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3-12所示。圖3-12無(wú)線測(cè)量模塊硬件結(jié)構(gòu)圖機(jī)載式電壓傳感器系統(tǒng)采用4.2v、300ma的磷酸鋰電池進(jìn)行供電。在需要進(jìn)行直接供電控制系統(tǒng)一部分的穩(wěn)壓控制電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，使用現(xiàn)在智能手機(jī)上的直接供電系統(tǒng)控制電路系統(tǒng)和本電路常見(jiàn)的交流低壓差分非線性交流穩(wěn)壓(ldo)穩(wěn)壓控制電路芯片r-sp6201，將4.2v的鈦酸鋰電池電源輸出端的交流電壓直接轉(zhuǎn)換成3.3v的直流電壓，壓降只有0.9v，并且其直接供電端的電流精度可以達(dá)到超過(guò)300ma。電路圖如圖3-13所示。圖3-13鋰電池4.2V轉(zhuǎn)3.3V圖3-14為主要的控制系統(tǒng)模塊和adxl345模塊的具體實(shí)物結(jié)構(gòu)示意圖。傳感器控制模塊幾乎能夠和其他主控制器模塊一樣使用外接杜邦線纜來(lái)進(jìn)行無(wú)縫連接。圖3-14控制模塊及ADXL345傳感器模塊實(shí)物圖圖3-15為我們通過(guò)目前使用的usb-logic等等邏輯加速分析儀進(jìn)行計(jì)算分析得到的atmega88讀取adxl345的加速度進(jìn)制數(shù)據(jù)讀取時(shí)序流程示意圖，首先由加速傳感器向主機(jī)控制中心芯片上的atmega88發(fā)送讀取命令0xf2，讀取一個(gè)加速度數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，傳感器在用戶接受到這個(gè)命令后就可以會(huì)決定在下一個(gè)讀取加速度數(shù)據(jù)時(shí)鐘運(yùn)行周期的開(kāi)始到來(lái)時(shí)立刻開(kāi)始向用戶傳輸讀取加速度進(jìn)制數(shù)據(jù)，共3軸進(jìn)制數(shù)據(jù)，按照?qǐng)D中x、y、z三個(gè)軸的排列順序依次進(jìn)行排列，每一個(gè)軸上的進(jìn)制數(shù)據(jù)各自分別占用2個(gè)單位字節(jié)，數(shù)據(jù)時(shí)序中的最后一高位作為符號(hào)位，0代表正，1代表正和負(fù)，然后我們選擇被讀取后10位的一個(gè)二進(jìn)制輸入數(shù)據(jù)，接收后得到的這些進(jìn)制數(shù)據(jù)時(shí)序可以根據(jù)實(shí)際采樣的計(jì)算精度進(jìn)行變化和轉(zhuǎn)換算法生成實(shí)際測(cè)量值。圖3-15SPI總線讀取ADXL345加速度數(shù)據(jù)圖3-16為一個(gè)adxl345芯片的基本配置和輸入讀數(shù)據(jù)處理應(yīng)用程序工作流程的示框圖。由于系統(tǒng)采用高位加速度濾波傳感器可使adxl345輸出的軟件信號(hào)頻率波動(dòng)較大，在實(shí)際進(jìn)行應(yīng)用時(shí)我們分別加入了多種軟件輸出濾波共享算法，本文主要采用了高中位值軟件濾波和高位平均值軟件濾波數(shù)據(jù)共享算法來(lái)分析處理這些濾波數(shù)據(jù)，減少了對(duì)軟件輸出濾波信號(hào)的頻率。圖3-16ADXL345配置與讀數(shù)據(jù)程序流程圖3.6無(wú)線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.6.1無(wú)線傳輸模塊接口配置無(wú)線通信系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)采用了公司現(xiàn)有的兩個(gè)成品通信模塊，由美國(guó)nordic公司的兩個(gè)nrf24l01及其兩個(gè)附屬集成電路組合而成。在一個(gè)數(shù)據(jù)包的發(fā)送端，nrf24l01使用接口spifo接口將一個(gè)單片機(jī)緩慢地將其發(fā)送上傳過(guò)來(lái)的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)處理起來(lái)，然后再將其中存放的所有數(shù)據(jù)通過(guò)接口txfifo，存放后數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)分別添加上一個(gè)地址位的標(biāo)記器、奇偶效果和實(shí)測(cè)位。例如當(dāng)所有的發(fā)送數(shù)據(jù)都已經(jīng)存放了處理完畢且片選的發(fā)送信號(hào)都已經(jīng)到來(lái)時(shí)，就在2.4ghz的頻段以2mbp/s的載波速率高速地再次發(fā)送了數(shù)據(jù)出去，發(fā)送任務(wù)完畢后后該系統(tǒng)就自動(dòng)設(shè)置了每次發(fā)送任務(wù)完畢的數(shù)據(jù)中斷。例如，當(dāng)一臺(tái)驅(qū)動(dòng)單片機(jī)中斷檢測(cè)器收到此信號(hào)中斷，便使它可以及時(shí)知道該中斷數(shù)據(jù)信號(hào)是否已被中斷發(fā)送成功。否則自動(dòng)停止進(jìn)行一次重發(fā)，直到成功或者也就是最大限制重發(fā)的執(zhí)行次數(shù)。這時(shí)即可將設(shè)置最高中斷重發(fā)至最低中斷。單片機(jī)就被自動(dòng)認(rèn)為終端是正在丟幀，清空所有發(fā)送幀的隊(duì)列并再次啟動(dòng)繼續(xù)向其終端發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)。在接受器的一個(gè)終端同樣沒(méi)有需要直接使用的rnrf24l01，芯片將自動(dòng)開(kāi)始一直在空中自動(dòng)開(kāi)始搜索所有器需要的在設(shè)定的一個(gè)頻段內(nèi)所有器的無(wú)地址補(bǔ)碼信號(hào)，一旦一個(gè)沒(méi)有正確的無(wú)地址的補(bǔ)碼的讀取數(shù)據(jù)被直接發(fā)出，芯片便有機(jī)會(huì)自動(dòng)開(kāi)始從接受器中自動(dòng)收集這些數(shù)據(jù)，并將其放入存放器得到所有器需要的接受器數(shù)據(jù)隊(duì)列中的rxfifo，存放器得到所有器需要的接受器數(shù)據(jù)隊(duì)列后其中的兩個(gè)數(shù)據(jù)將開(kāi)始會(huì)自動(dòng)地分別去掉接受器的所有地址的開(kāi)頭、crco和效驗(yàn)的補(bǔ)碼，這樣被信號(hào)檢測(cè)器直接讀取數(shù)據(jù)得到的兩個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)便是同時(shí)發(fā)送給該信號(hào)讀取數(shù)據(jù)的也就是二進(jìn)制碼的補(bǔ)碼。nRF24L01無(wú)線通信系統(tǒng)模塊基本結(jié)構(gòu)如圖3-17。圖3-17nRF24L01無(wú)線通信系統(tǒng)模塊基本結(jié)構(gòu)Atmega88的系統(tǒng)軟件硬件spi傳輸速度最高可以直接達(dá)到1mbps以上，能夠完全滿足整個(gè)系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸和信息發(fā)送的超高實(shí)時(shí)性。該電路接口集成電路基本機(jī)構(gòu)如圖3-18所示。圖3-18nRF24L01接口電路圖根據(jù)進(jìn)入sck的原理nrf24l01spi不用時(shí)序的基本特點(diǎn):sck不用時(shí)序只是一個(gè)非常低電平、當(dāng)這個(gè)數(shù)據(jù)在進(jìn)入sck的第一個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)間上升到下沿時(shí)有效，nrf24l01spi的不用時(shí)序基本結(jié)構(gòu)如下下圖3-19所示。最終設(shè)計(jì)可以直接實(shí)現(xiàn)兩個(gè)通訊芯片之間的兩個(gè)spi無(wú)線通訊，利用簡(jiǎn)單的編程邏輯原理分析利用計(jì)算機(jī)usb-logic進(jìn)行邏輯觀察和最后的設(shè)計(jì)得到的兩個(gè)SPI波形的結(jié)果如圖3-20所示。圖3-19nRF24L01的SPI讀時(shí)序圖3-20SPI總線向無(wú)線射頻芯片發(fā)送讀取的數(shù)據(jù)3.7實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制姿態(tài)從語(yǔ)音識(shí)別到完成姿態(tài)控制的主要步驟如下：移動(dòng)端獲取語(yǔ)音信息，通過(guò)上文所選用的AT9912型麥克風(fēng)錄入語(yǔ)音，根據(jù)所述語(yǔ)音信息轉(zhuǎn)換生成控制信號(hào)，通過(guò)上文所述的無(wú)線傳輸模塊中選擇的wifi模塊向無(wú)人機(jī)發(fā)送所述控制信號(hào)，但是只有WiFi模塊還不夠穩(wěn)定，所以上文無(wú)線傳輸接口中設(shè)置nRF24L01芯片，此芯片會(huì)一直在空中搜索設(shè)定頻段內(nèi)有無(wú)信號(hào)，一旦有正確地址碼的數(shù)據(jù)發(fā)出，芯片就開(kāi)始接收數(shù)據(jù)，獲取參考坐標(biāo)和第一定位信息，根據(jù)所述參考坐標(biāo)和第一定位信息計(jì)算數(shù)據(jù)，無(wú)人機(jī)控制終端中的STM32F103處理器終端獲取第二定位信息，根據(jù)所述數(shù)據(jù)和第二定位信息計(jì)算無(wú)人機(jī)的當(dāng)前位置信息。分析處理所述控制信號(hào)和當(dāng)前位置信息，生成飛行運(yùn)動(dòng)指令，移動(dòng)端獲取信息，生成配置指令，并向無(wú)人機(jī)發(fā)送所述配置指令，上文所選用的飛控模塊spracingf3飛控板根據(jù)所述飛行運(yùn)動(dòng)指令控制電路系統(tǒng)完成飛行動(dòng)作。如圖3-26為語(yǔ)音控制姿態(tài)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程圖圖3-21語(yǔ)音控制姿態(tài)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程圖其中對(duì)于系統(tǒng)中供電電路則是以穩(wěn)定性為第一要素，在電路設(shè)計(jì)時(shí)使用了多種電源芯片。遙控器的直流供電系統(tǒng)使用+5V的直流電壓，我選用的3R33DC這個(gè)型號(hào)的電源模塊進(jìn)行直流電壓效率轉(zhuǎn)換，主要原因是直流性穩(wěn)壓器件對(duì)于直流轉(zhuǎn)換的電壓效率比較低，而且需要消耗大量的能源，也會(huì)使直流電池儲(chǔ)存能量過(guò)多。這個(gè)型號(hào)的電源模塊可以有效解決這些問(wèn)題。再通過(guò)Vadj外接變阻器調(diào)整阻值可以實(shí)現(xiàn)12V轉(zhuǎn)5V輸出，來(lái)盡量減少電池能量的過(guò)快消耗。由于DC-DC器件輸出電壓一般紋波較大，紋波較大會(huì)引起系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，發(fā)熱量偏高，所以在此使用16V耐壓1000uF電解電容來(lái)穩(wěn)定系統(tǒng)。為進(jìn)一步提高和充分保證系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，我們首先使用了一種新型線性穩(wěn)壓器件lllm1117-3.3，選擇5v左右快速旋轉(zhuǎn)3.3v穩(wěn)壓電壓回路，所有這種線性驅(qū)動(dòng)穩(wěn)壓器都首先應(yīng)該做的是通過(guò)對(duì)電路輸出輸入級(jí)中的電壓阻抗進(jìn)行快速采樣，然后再將其通過(guò)反饋傳送給一個(gè)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電路中的管去，調(diào)節(jié)電路輸出輸入級(jí)的電壓阻抗，當(dāng)進(jìn)入輸出級(jí)的電壓偏低時(shí)，就因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)電路輸出輸入級(jí)的電壓阻抗逐漸由大變小從而通過(guò)降低電壓調(diào)整電路管的輸出壓降，當(dāng)進(jìn)入輸出級(jí)的電壓偏高時(shí)，就因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)電路輸入輸出級(jí)的電壓阻抗逐漸由小變大，因此我們可以通過(guò)增大電壓調(diào)節(jié)調(diào)整管的輸出電壓從而下降，這樣也就充分維護(hù)了系統(tǒng)輸出級(jí)和電壓的平衡。這樣就使得整個(gè)語(yǔ)音控制系統(tǒng)的電路電壓穩(wěn)定，確保指令能夠更好的執(zhí)行。如圖3-27為語(yǔ)音控制無(wú)人機(jī)姿態(tài)的整體設(shè)計(jì)電路圖圖3-22整體設(shè)計(jì)電路圖

4軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)音音頻控制識(shí)別系統(tǒng)模式中的語(yǔ)音算法，例如dtw、hmm等都很成熟，主要特點(diǎn)是通過(guò)采用內(nèi)部單片機(jī)或者對(duì)dsp直接控制加上外部語(yǔ)音音頻識(shí)別器的算法控制來(lái)對(duì)其信號(hào)進(jìn)行外部語(yǔ)音識(shí)別控制，這種新的語(yǔ)音識(shí)別控制系統(tǒng)模式通過(guò)內(nèi)部的語(yǔ)音算法控制來(lái)大大簡(jiǎn)化外部的控制電路，同時(shí)對(duì)于語(yǔ)音音頻識(shí)別的處理精度也比較高。但是這這要求該數(shù)據(jù)處理器必須能夠具有更好的數(shù)字運(yùn)算和數(shù)據(jù)分析處理功能，并且需要足夠多的外擴(kuò)文件存儲(chǔ)磁盤空間。本次軟件操作系統(tǒng)的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)由兩個(gè)組的大部分共同完成,分別為snstm32處理器和snandroido的應(yīng)用。stm32處理器應(yīng)用程序現(xiàn)在采用了ckeilide語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的現(xiàn)在環(huán)境下即可使用多種c語(yǔ)言軟件進(jìn)行線程編寫,運(yùn)行于帶有stm32主控制器的芯片中。stm32處理器的全部源代碼也就是指在微控制器和外設(shè)之間通訊的全部源代碼需要進(jìn)行翻譯編寫。android移動(dòng)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)采取在ceclipse+adt開(kāi)發(fā)環(huán)境中并使用新的java兩種語(yǔ)言文件進(jìn)行自動(dòng)開(kāi)發(fā),編譯后自動(dòng)生成的一個(gè)APK文件運(yùn)行在安卓手機(jī)平臺(tái)。android的手機(jī)功能是由wifi模塊自動(dòng)化來(lái)實(shí)現(xiàn)與其他無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)通訊以及對(duì)它們本身進(jìn)行自動(dòng)控制。首先,android向一臺(tái)無(wú)人機(jī)發(fā)送連接請(qǐng)求，并發(fā)送連接所需要的密碼,無(wú)人機(jī)上的終端處理器接收到了該配對(duì)應(yīng)答要求并通過(guò)判定其中的連接的密碼數(shù)值是否相同,終端處理器對(duì)密碼進(jìn)行了配對(duì)應(yīng)答,android的配對(duì)應(yīng)用程序在收到應(yīng)答之后停止請(qǐng)求,連接成功。連接完成后,該處理器周期性地將無(wú)人機(jī)飛行傳感器的一些實(shí)時(shí)文字?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送到一個(gè)android實(shí)時(shí)應(yīng)用程序,android的實(shí)時(shí)應(yīng)用程序也將會(huì)自動(dòng)重新監(jiān)測(cè)一個(gè)wifi的信號(hào)并自動(dòng)重新接收這些實(shí)時(shí)文字?jǐn)?shù)據(jù),根據(jù)這些實(shí)時(shí)數(shù)字信息進(jìn)行更新的實(shí)時(shí)應(yīng)用程序?qū)?huì)來(lái)自動(dòng)顯示該已連接的無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)。應(yīng)用程序在自動(dòng)監(jiān)測(cè)一個(gè)wifi語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)候同時(shí)也不需要自動(dòng)監(jiān)測(cè)一個(gè)語(yǔ)音控制信號(hào),若被識(shí)別確認(rèn)為一個(gè)語(yǔ)音信號(hào)控制器的命令(其中可能包括命令開(kāi)啟、關(guān)閉、前進(jìn)、后退、向左飛行移動(dòng)、向右飛行航空、升高、下降),立即將該語(yǔ)音控制器的命令被發(fā)送至一臺(tái)無(wú)人機(jī)。處理器在命令接收器得到一個(gè)命令控制器的命令后立刻依照該命令控制器的命令自動(dòng)順序做出一個(gè)相應(yīng)動(dòng)作。流程圖如圖4-1所示：圖4-14.1SRGS1.0規(guī)范SRGS1.0規(guī)范函數(shù)等同于一些其它編程程式語(yǔ)言的其中的一個(gè)正則性函數(shù)表達(dá)式,其中它的定義函數(shù)為一個(gè)帶有話題串的集合。解碼器將根據(jù)各種文法翻譯產(chǎn)生的集對(duì)每個(gè)語(yǔ)音輸入的每個(gè)句子進(jìn)行數(shù)字化后并進(jìn)行兩個(gè)主要開(kāi)始部分集的搜索,分別為搜索文檔的每個(gè)頭部和搜索文件中的正文,文檔的每個(gè)頭部必須指定是搜索文件的一個(gè)開(kāi)始部分,指定了一個(gè)搜索文件的開(kāi)始版本或者編號(hào),與其他的文件編譯器搜索工具相應(yīng)的對(duì)應(yīng)。4.2Android端應(yīng)用程序設(shè)計(jì)Android在應(yīng)用程序中的語(yǔ)音監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音軟件命令識(shí)別解決問(wèn)題方案:自己動(dòng)手編寫一套基于萬(wàn)維網(wǎng)語(yǔ)音聯(lián)盟的自動(dòng)語(yǔ)音命令識(shí)別軟件語(yǔ)法應(yīng)用規(guī)范1·0標(biāo)準(zhǔn)(以下本文簡(jiǎn)稱srgs1.0),采用abnf格式的語(yǔ)音文件,經(jīng)過(guò)自動(dòng)編譯和工具化編輯處理后就會(huì)生成一個(gè)自動(dòng)匹配好的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音作為一個(gè)手機(jī)匹配處理引擎的語(yǔ)音輸入,可由一個(gè)手機(jī)匹配處理引擎對(duì)一個(gè)手機(jī)上的多個(gè)用戶進(jìn)行語(yǔ)音輸入以及數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)匹配,啟動(dòng)后將兩個(gè)手機(jī)上的外部?jī)?nèi)置接口wifi與外部?jī)?nèi)置wifi通信模塊相互連接起來(lái)即可輕松實(shí)現(xiàn)手機(jī)無(wú)線通信。下面是安卓端語(yǔ)音轉(zhuǎn)換成指令的部分程序：4.3STM32處理器端程序設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)移動(dòng)終端控制程序一方面將安卓飛控控制平臺(tái)上人機(jī)搭載的速度傳感器控制模塊自動(dòng)進(jìn)行人機(jī)數(shù)據(jù)匹配發(fā)送給所有安卓手機(jī)移動(dòng)飛控終端,另一方面通過(guò)titicc3300模塊直接回收接受安卓飛控平臺(tái)數(shù)據(jù)匹配后自動(dòng)發(fā)出的人機(jī)飛行自動(dòng)控制指令,將這些控制指令轉(zhuǎn)換成一個(gè)pwms的定時(shí)器,生成的是一條隨時(shí)可以被安卓飛控器終端自動(dòng)識(shí)別的人機(jī)飛行自動(dòng)控制指令,發(fā)送給安卓飛行器終端執(zhí)行控制模塊,執(zhí)行器可偏轉(zhuǎn)螺旋舵面或直接改變電動(dòng)螺旋槳的固定轉(zhuǎn)速或手動(dòng)更改螺旋槳距,達(dá)到了人們預(yù)期的各種航空儀器飛行控制狀態(tài)。在應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)操作中也通常包含了各操作模塊之間的程序初始化和程序通訊。例如下面部分程序：嵌入式自動(dòng)語(yǔ)音采集控制解決系統(tǒng)主要原理：通語(yǔ)音采集芯片主要是通過(guò)對(duì)輸入語(yǔ)音中的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行音頻采集,經(jīng)過(guò)對(duì)處理器的音頻讀取和數(shù)據(jù)綜合處理分析之后才能得出與其數(shù)據(jù)相關(guān)的語(yǔ)音信息,開(kāi)發(fā)困難、工作繁瑣。本課題研究的目的就是綜合運(yùn)用基于

dsp的

android操作系統(tǒng)的各種語(yǔ)音識(shí)別和控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的自動(dòng)化管理和控制，大大簡(jiǎn)化了應(yīng)用軟件的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)操作流程，避免了許多不必要的軟件重復(fù)操作。5無(wú)人機(jī)語(yǔ)音指令控制系統(tǒng)驗(yàn)證平臺(tái)5.1指令發(fā)送系統(tǒng)的搭建5.1.1對(duì)27MHZ四通道遙控器的分析與改造本文所說(shuō)的需要介紹使用的航模遙控器是直升機(jī),也就是被自動(dòng)控制的航模直升機(jī),這個(gè)也就是我們目前所謂的中國(guó)消費(fèi)者頂級(jí)自動(dòng)航模遙控產(chǎn)品:美嘉欣F28。它就是采用了一款四軸雙通道的自動(dòng)航模,可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)了緩慢前進(jìn)/快速后退、上升/快速下落、左轉(zhuǎn)/右移、左側(cè)快速起降/右側(cè)快速起飛四種不同的飛行動(dòng)作。它一般采用兩個(gè)長(zhǎng)尾螺旋槳的方式共軸齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)這種方式是用來(lái)給重型直升機(jī)運(yùn)動(dòng)提供巨大驅(qū)動(dòng)力,共軸齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)這種方式的重型直升機(jī)則因?yàn)榭梢杂行У謸觚X輪旋轉(zhuǎn)的巨大力矩,拋棄兩個(gè)長(zhǎng)尾槳,傳動(dòng)力的方法比較簡(jiǎn)易。最上方的桿稱為高速慣性旋轉(zhuǎn)平衡桿,螺旋槳在高速螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)飛行時(shí)會(huì)高速帶動(dòng)其轉(zhuǎn)軸進(jìn)行一個(gè)高速旋轉(zhuǎn),在當(dāng)一架飛機(jī)突然地轉(zhuǎn)動(dòng)改變了高速飛行時(shí)的方向時(shí),這樣就除了可以大大提高其飛行穩(wěn)定性,具有一定的耐熱和耐水防風(fēng)腐蝕性能。飛機(jī)外形如圖5-1所示。圖5-1美嘉欣F28將遙控?fù)u桿與驅(qū)動(dòng)電位器之間連接的有源輸出線對(duì)其進(jìn)行直接剪斷,使用一個(gè)電機(jī)自制0~5v的電壓可調(diào)外部電源直接將其連到至電動(dòng)控制中心芯片上的一個(gè)通道控制外部電源,在ad兩個(gè)通道上,發(fā)現(xiàn)外部電路連接的有源電壓由0v逐漸不斷增大和逐步升高,遙控器上的一個(gè)液晶電視顯示屏和調(diào)速器的搖桿加力運(yùn)動(dòng)畫面也隨之不斷增大和逐漸上升,電壓逐漸增大和達(dá)到2.45v以后就不會(huì)再繼續(xù)升高,至此我們也就可以直接切換電機(jī)到電動(dòng)遙控器做到角度控制。遙控器如下圖5-2所示。圖5-2遙控器為了控制無(wú)人機(jī)，語(yǔ)音指令需要將指令轉(zhuǎn)換成特定的模擬電壓信號(hào)，并通過(guò)遙控器來(lái)實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程。為了實(shí)現(xiàn)一種模擬電壓信號(hào)通常使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC),STM32F103ZET6系統(tǒng)所選擇的主控芯片只有兩路DAC，只能同時(shí)產(chǎn)生兩路模擬電壓信號(hào)，同時(shí)控制直升機(jī)的四條通道，才能取得更好的控制效果。采用一種替代方法：采用PWM模擬DAC輸出電壓信號(hào)，并用軟件產(chǎn)生所需電壓代替搖桿的控制信號(hào)。PWM波形可通過(guò)STM32的調(diào)時(shí)器產(chǎn)生，控制原理圖如下圖5-3所示。圖5-3PWM控制遙控器原理圖測(cè)試中通過(guò)上下?lián)u動(dòng)搖桿，左右搖動(dòng)搖桿，左右旋轉(zhuǎn)搖桿，用萬(wàn)用表測(cè)量搖桿在運(yùn)動(dòng)時(shí)的電壓范圍。對(duì)應(yīng)的指令等級(jí)如下表5-1，5-2所示：表5-1上升搖桿指令等級(jí)對(duì)應(yīng)電壓對(duì)應(yīng)等級(jí)電壓范圍：mv標(biāo)定電壓：mv0<=5405001554~6325932632~7306813730~8207754820~9228715922~101096661010~1118106471118~1213116581213~1337127591337~14311385101431~15311481111531~16221576121622~17161669131716~18181767141818~19071862151907~20061956162006~20952050172095~21992147182199~22882243192288~2390233920>=24502490表5-2左右搖桿指令等級(jí)對(duì)應(yīng)電壓對(duì)應(yīng)等級(jí)電壓范圍：mv標(biāo)定電壓：mv左偏10<=300500左偏9300~415593左偏8415~577681左偏7577~700775左偏6700~858871左偏5858~1004966左偏41004~11501064左偏31150~12381165左偏21238~13121275左偏11312~13981385中間1398~16561481右偏11656~17281576右偏21728~17781669右偏31778~18661767右偏41866~19301862右偏51930~20051956右偏62005~20702050右偏72070~21452147右偏82145~22102243右偏92210~23012339右偏10>=240024905.1.2PWM可編程電壓的輸出pwm波段的信號(hào)發(fā)射就是一種信號(hào)具有較大占空比和具有可變發(fā)射周期的長(zhǎng)方波發(fā)射信號(hào)。在一些需要采用嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境中,它們通常可以從通過(guò)軟件編程控制的一個(gè)i/o口中直接自動(dòng)產(chǎn)生,或者可以是直接利用電源定時(shí)器。利用可控濾波器的電路參數(shù)三項(xiàng)式進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，其電路結(jié)構(gòu)如圖5-4所示：pm和wm分別是控制輸入電壓和兩個(gè)可調(diào)輸入的控制電路，分別由每個(gè)stm32f103zet6的每個(gè)tim4的兩個(gè)可調(diào)輸出控制通道電路和每個(gè)tim4的兩個(gè)可調(diào)輸