王偉

摘要 設計了一種基于Arduino平臺、伺服舵機、舵機驅動板、LD3320中文語音識別模塊控制的模仿人類動作的機械頭。該機械頭可以實現根據非特定人的不同語音命令完成扭頭、轉眼、搖手臂、說話、唱歌等動作的機器模型，具有一定的實用、娛樂和參考價值。

【關鍵詞】Arduino 語音識別 舵機

近年來語音識別技術為使用者提供各種服務，語音識別技術實現了簡單易行的人機交互接口，更好的提升了用戶體驗度。為此，筆者2013年底設計了一款仿人類動作的機械頭模型。

1 機械頭模型設計原理

基于Arduino平臺語音控制仿人類機械頭模型，其工作原理為：非特定人發(fā)出的語音信號經語音識別模塊轉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)送指令到舵機驅動板，由驅動板驅動相應舵機轉動，配合事先錄入的MP3語音信息作出相應的語音輸出，達到動作和語音相統(tǒng)一，實現人機對話和互動。

2 機械頭硬件設計介紹

本文設計的基于Arduino的語音控制仿人類機械頭，是建立在語音識別技術基礎上，該機械頭主要包括五個部分：1個Arduino Uno模塊、1個LD3320語音識別模塊、1個32路舵機驅動版，6個伺服舵機、1個方便面盒子。

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個數字10，6個模擬輸入IO，16MHZ的晶體，USB接口，電源接口，燒錄頭，復位按鈕等。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中文語音識別模塊工作原理

LD3320是ICRoute公司生產的一款非特定語音識別芯片，它內置有非特定語音識別的DSP （Digital Signal Processing）算法，支持動態(tài)添加50條識別指令，無需外掛其它輔助器件，單一芯片即可完成語音識別，并且直接支持MP3數據的語音播放。如圖2所示。

2.3 舵機驅動板工作原理

舵機轉動時電流較大，Arduino上的芯片可能會因為過流保護而導致損害，因此不能采用Arduino板上的電源直接給舵機供電，需要采用外部電源。舵機有三根引線，黑色或棕色為地線，紅色為電源線，黃色為信號線。該舵機驅動板能獨立供電，同時控制32路通道，并且速度可調，信號輸出：PWM（精度0.5us）。鴕機驅動分辨率：0.5us，0.045度。波特率范圍9600， 19200， 38400， 57600， 115200，128000。支持98%以上的舵機，板載512K存儲芯片。如圖3所示。

2.4 舵機的工作原理

舵機主要是由外殼、電路板、驅動馬達、減速器與位置檢測元件所構成。其工作原理是由接收機發(fā)出訊號給舵機，經由電路板上的IC驅動無核心馬達開始轉動，透過減速齒輪將動舵機力傳至擺臂，同時由位置檢測器送回訊號，判斷是否已經到達定位。如圖4所示。

2.5 方便面盒子

該設計中方便面盒子的作用主要用于舵機的位置固定，固定2個眼睛、2個手臂、1個上嘴巴，1個扭頭關節(jié)。如圖5所示。

3 各硬件模塊連接介紹

語音識別模塊的TX與Arduino控制器的RX連接，Arduino控制器的TX與舵機控制板的RX連接，舵機控制板使用外置電源連接VS和GND。Arduino供電用的USB供電，語音識別模塊用USB供電。舵機分別連接舵機控制板的Sl-S6。

4 軟件設計部分

本項目軟件包括Arduino IDE，舵機上位機UI，語音識別模塊配置文件修改。

4.1 Arduino Uno軟件設計

在Arduino IDE編程設計中，主要作用是像人的大腦一樣識別判斷從語音識別模塊中傳過來的值，并將信號傳送給舵機驅動板，讓驅動板驅動相應舵機做相應的動作。

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驅動板

）

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

{

Serial.print（”#1P800TlOOO＼r＼n）;//1號舵機旋轉到脈寬為800的位置，使用時間lOOOms

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

} ）

4.2 舵機驅動板上位機

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

4.3 語音識別模塊配置文件的修改

MP3語音文件需要事先錄入好存入語音識別模塊的SD卡中，通過SD卡中的mi配置文件修改參數配置，如圖7所示。

5 結語

本文設計了一種基于Arduino平臺、伺服舵機、舵機驅動板、LD3320中文語音識別模塊控制的模仿人類動作的機械頭。本文取得了一定語音控制仿人類機械頭的初步研究成果，在此基礎上可以繼續(xù)研究仿人類表情的機器人的設計和研制。

參考文獻

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

[2]蔡睿妍，基于Arduino的舵機控制系統(tǒng)設計[J].電腦知識與技術，2012.