王偉

摘要 設(shè)計(jì)了一種基于Arduino平臺(tái)、伺服舵機(jī)、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)板、LD3320中文語(yǔ)音識(shí)別模塊控制的模仿人類動(dòng)作的機(jī)械頭。該機(jī)械頭可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)非特定人的不同語(yǔ)音命令完成扭頭、轉(zhuǎn)眼、搖手臂、說話、唱歌等動(dòng)作的機(jī)器模型，具有一定的實(shí)用、娛樂和參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】Arduino 語(yǔ)音識(shí)別 舵機(jī)

近年來語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)為使用者提供各種服務(wù)，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單易行的人機(jī)交互接口，更好的提升了用戶體驗(yàn)度。為此，筆者2013年底設(shè)計(jì)了一款仿人類動(dòng)作的機(jī)械頭模型。

1 機(jī)械頭模型設(shè)計(jì)原理

基于Arduino平臺(tái)語(yǔ)音控制仿人類機(jī)械頭模型，其工作原理為：非特定人發(fā)出的語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)語(yǔ)音識(shí)別模塊轉(zhuǎn)換成特定的字符串傳送到Arduion開發(fā)板，開發(fā)板接收到命令后發(fā)送指令到舵機(jī)驅(qū)動(dòng)板，由驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)相應(yīng)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，配合事先錄入的MP3語(yǔ)音信息作出相應(yīng)的語(yǔ)音輸出，達(dá)到動(dòng)作和語(yǔ)音相統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話和互動(dòng)。

2 機(jī)械頭硬件設(shè)計(jì)介紹

本文設(shè)計(jì)的基于Arduino的語(yǔ)音控制仿人類機(jī)械頭，是建立在語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)基礎(chǔ)上，該機(jī)械頭主要包括五個(gè)部分：1個(gè)Arduino Uno模塊、1個(gè)LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊、1個(gè)32路舵機(jī)驅(qū)動(dòng)版，6個(gè)伺服舵機(jī)、1個(gè)方便面盒子。

2.1 Arduino Uno模塊工作原理

Arduino Uno采用的微處理器是ATmega328.該版本包括14個(gè)數(shù)字10，6個(gè)模擬輸入IO，16MHZ的晶體，USB接口，電源接口，燒錄頭，復(fù)位按鈕等。Arduino還提供了自己的IDE開發(fā)環(huán)境，支持Winows、LinuX、MACOS等主流的操作系統(tǒng)。如圖1所示。

2.2 LD3320中文語(yǔ)音識(shí)別模塊工作原理

LD3320是ICRoute公司生產(chǎn)的一款非特定語(yǔ)音識(shí)別芯片，它內(nèi)置有非特定語(yǔ)音識(shí)別的DSP （Digital Signal Processing）算法，支持動(dòng)態(tài)添加50條識(shí)別指令，無需外掛其它輔助器件，單一芯片即可完成語(yǔ)音識(shí)別，并且直接支持MP3數(shù)據(jù)的語(yǔ)音播放。如圖2所示。

2.3 舵機(jī)驅(qū)動(dòng)板工作原理

舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電流較大，Arduino上的芯片可能會(huì)因?yàn)檫^流保護(hù)而導(dǎo)致?lián)p害，因此不能采用Arduino板上的電源直接給舵機(jī)供電，需要采用外部電源。舵機(jī)有三根引線，黑色或棕色為地線，紅色為電源線，黃色為信號(hào)線。該舵機(jī)驅(qū)動(dòng)板能獨(dú)立供電，同時(shí)控制32路通道，并且速度可調(diào)，信號(hào)輸出：PWM（精度0.5us）。鴕機(jī)驅(qū)動(dòng)分辨率：0.5us，0.045度。波特率范圍9600， 19200， 38400， 57600， 115200，128000。支持98%以上的舵機(jī)，板載512K存儲(chǔ)芯片。如圖3所示。

2.4 舵機(jī)的工作原理

舵機(jī)主要是由外殼、電路板、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、減速器與位置檢測(cè)元件所構(gòu)成。其工作原理是由接收機(jī)發(fā)出訊號(hào)給舵機(jī)，經(jīng)由電路板上的IC驅(qū)動(dòng)無核心馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，透過減速齒輪將動(dòng)舵機(jī)力傳至擺臂，同時(shí)由位置檢測(cè)器送回訊號(hào)，判斷是否已經(jīng)到達(dá)定位。如圖4所示。

2.5 方便面盒子

該設(shè)計(jì)中方便面盒子的作用主要用于舵機(jī)的位置固定，固定2個(gè)眼睛、2個(gè)手臂、1個(gè)上嘴巴，1個(gè)扭頭關(guān)節(jié)。如圖5所示。

3 各硬件模塊連接介紹

語(yǔ)音識(shí)別模塊的TX與Arduino控制器的RX連接，Arduino控制器的TX與舵機(jī)控制板的RX連接，舵機(jī)控制板使用外置電源連接VS和GND。Arduino供電用的USB供電，語(yǔ)音識(shí)別模塊用USB供電。舵機(jī)分別連接舵機(jī)控制板的Sl-S6。

4 軟件設(shè)計(jì)部分

本項(xiàng)目軟件包括Arduino IDE，舵機(jī)上位機(jī)UI，語(yǔ)音識(shí)別模塊配置文件修改。

4.1 Arduino Uno軟件設(shè)計(jì)

在Arduino IDE編程設(shè)計(jì)中，主要作用是像人的大腦一樣識(shí)別判斷從語(yǔ)音識(shí)別模塊中傳過來的值，并將信號(hào)傳送給舵機(jī)驅(qū)動(dòng)板，讓驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)相應(yīng)舵機(jī)做相應(yīng)的動(dòng)作。

例如以下代碼：

int comdata=O;//初始化值為O

void setup（）

{

Serial.begin（9600）; 11定義波特率為9600

）

void loop（）

{

if （Serial.available（）>O）//判斷語(yǔ)音模塊是否傳值過來

{

comdata+=int （Serial.read（））;//獲取所傳的值

delay（20）;

Serial.println（comdata）;，/將獲取到的值傳送給舵機(jī)驅(qū)動(dòng)板

）

if（ comdata==5） //判斷傳過來的值是否等于“5”，接著執(zhí)行“轉(zhuǎn)眼睛”命令

{

Serial.print（”#1P800TlOOO＼r＼n）;//1號(hào)舵機(jī)旋轉(zhuǎn)到脈寬為800的位置，使用時(shí)間lOOOms

delay（1000）;//延時(shí)lOOOms，舵機(jī)剛好執(zhí)行完上一條命令

} ）

4.2 舵機(jī)驅(qū)動(dòng)板上位機(jī)

上位機(jī)是指可以直接發(fā)出操控命令的計(jì)算機(jī)， 一般是PC/host computer/mastercomputer/upper computer，屏幕上顯示各種信號(hào)變化（液壓，水位，溫度等）。在概念上，控制者和提供服務(wù)者是上位機(jī)，被控制者和被服務(wù)者是下位機(jī)。如圖6所示。

4.3 語(yǔ)音識(shí)別模塊配置文件的修改

MP3語(yǔ)音文件需要事先錄入好存入語(yǔ)音識(shí)別模塊的SD卡中，通過SD卡中的mi配置文件修改參數(shù)配置，如圖7所示。

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種基于Arduino平臺(tái)、伺服舵機(jī)、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)板、LD3320中文語(yǔ)音識(shí)別模塊控制的模仿人類動(dòng)作的機(jī)械頭。本文取得了一定語(yǔ)音控制仿人類機(jī)械頭的初步研究成果，在此基礎(chǔ)上可以繼續(xù)研究仿人類表情的機(jī)器人的設(shè)計(jì)和研制。

參考文獻(xiàn)

[1]林敏，李強(qiáng)，科技資訊，基于arduino的語(yǔ)音控制系統(tǒng)[J].科技資訊，2016.

[2]蔡睿妍，基于Arduino的舵機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2012.