基于语音识别的人形机器人的设计与实现

翁剑鹏　彭军发　 李金林　易向东

摘   要：本设计采用51单片机为核心，PCA9685驱动模块，LDV7语音模块，完成了以其为核心的语音智能的人形机器人的设计。机器人整体由51单片机，语音模块，舵机驱动，电源和舵机结构架组成，能够通过识别语音指令达到控制机器人的动作、姿态等的功能。

关键词：单片机  舵机  语音模块  机器人

中图分类号：TP242.6                              文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）06（c）-0138-02

随着现代科技的不断发展，机器人科技也在各个领域中得到了技术、资源的支持后有了巨大的进步。语音识别技术也是当中取得极大进展的科技之一，现今受到启发将两者相结合，设计一款能够识别语音指令的机器人。为此我们结合了单片机、舵机驱动模块与语音模块三者为控制核心，组建了一款成本低，功能简单但有极大拓展空间的语音控制机器人。

1  系统总体设计方案

本设计系统结构中，主要由STC89C52RC单片机，PCA9685驱动模块，LDV7语音模块组成。其中51单片机是整个系统最核心核心的部分，为主要控制器，我们选用了STC89C52RC单片机为主控芯片。PCA9685驱动模块是机器人驱动中心，LDV7语音模块则为系统的信息接收器，通过它对外界的语音信号进行识别分析，将数据输送给主要控制器单片机，单片机再通过得到的数据进行分析进而对PCA9685驱动模块下达指令。系统框图如图1所示。

2  硬件设计

2.1 主控芯片

主控芯片作为整个系统最重要的部分，我们选用了较为传统的89C52RC单片机最小系统，体积小巧方便我们的使用。我们在此烧录了控制舵机驱动模块PCA9685的主要程序，通过51单片机的P2.1口作为SCL时钟输入端，P2.0口作为SDA数据输出端，与舵机控制模块的SCL、SDA端相连，输出舵机的执行命令。同时整个P1端8个IO口依次与LD3320语音模块的P1端依次相连，接受来自语音模块通过接收到语音指令输出的16进制的0x00～0xff的字符串。达到一个语音指令对应一个字符串输出，对应51单片机控制舵机的一个动作，可以执行多达256个不同的指令。

2.2 语音控制

LD3320 是一颗基于非特定人语音识别技术的语音识别/声控芯片，基于此芯片模块我们通过预设的语音关键词，即可另LD3320芯片传出相应指令信号于主控芯片。在这里我们的语音模块即采用了以LD3320为核心的语音控制模块，通过接受语音指令，进而在对P1口输出16进制字符串数据给主控芯片的P1口，主控芯片处理接收的信息进而通过I2C输出。

2.3 舵机控制

PCA9685舵机模块是一个内置PWM驱动器和时钟，采用I2C协议进行通信的模块，只要主控芯片具备I2C通信功能，就能够让主控芯片和PCA9685通信，实现多个舵机的同时控制。在这里我们利用PCA9685来弥补主控芯片PWM口的不足，并且更加利于控制。

3  程序设计

根据需求，控制程序分成在主控芯片及语音芯片上的程序，动作程序与语音指令程序采用模块化写作子程序，只需在子程序中进行调试即可。USART串行口头文件及程序文件编译;内置寄存器端口头文件编译;模块驱动端口头文件及程序文件编译;零散功能及程序文件编译，包括函数声明、ASR功能完善、咪头增益、识别码编译。主程序流程图如图2所示。

4  结语

本设计结合了单片机，语音控制及舵机控制等多种基本技术，并以此设计的语音智能的人形机器人，成本与上手难度低，适合群众，有着更为广泛的应用价值。也可以該设计为基础通过对相应的结构进行改动与优化，向其他方向拓展。

参考文献

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[2] 余皓，苏全.语音控制机器人的设计与实现[J].电气自动化，2007（5）：29-31.

[3] 邓天金，王昭武，余达.基于单片机控制的多功能智能语音风扇[J].电子世界，2017（23）：23-24.