根據(jù)美國玩具協(xié)會的調(diào)查統(tǒng)計，近年來全球玩具銷量增幅與全球平均GDP增幅大致相當。而全球玩具市場的內(nèi)在結構比重卻發(fā)生了重大變化：傳統(tǒng)玩具的市場比重正在逐步縮水，高科技含量的電子玩具則蒸蒸日上。美國玩具市場的高科技電子玩具的年銷售額2004年較2003年增長52％，而傳統(tǒng)玩具的年銷售額僅增長3％。英國玩具零售商協(xié)會選出的2001年圣誕最受歡迎的十大玩具中，有七款玩具配有電子元件。從這些數(shù)字可以看出，高科技含量的電子互動式玩具已經(jīng)成為玩具行業(yè)發(fā)展的主流。本文設計一個具有語音識別功能的智能遙控小車。該小車對傳統(tǒng)的手動遙控小車的機械部分做了改進,使之可以實現(xiàn)任意角度轉向和以任意速度前進,而不象一般的小車那樣只能以固定角度轉向和以固定速度前進,因此更加接近真實的車輛。本文還在小車的控制系統(tǒng)中采用語音識別系統(tǒng)，使控制者可以用語音對小車進行控制，產(chǎn)生相應的動作，而且小車和控制者還具有一定的交互功能。
1 智能小車總體結構框圖
　　智能小車主要由轉向機構、驅動機構、轉向控制模塊" title="控制模塊">控制模塊、驅動控制模塊、遙控模塊和語音控制模塊六大部分組成，如圖1所示。

2 機械本體結構及工作原理
　　小車為輪式結構，如圖2所示。機械部分分為轉向機構(圖中橢圓內(nèi)的部分)和驅動機構(圖中橢圓外部分)。轉向機構主要由轉向電機、轉向架和兩個前輪組成。驅動機構采用玩具小車常用的雙電機驅動方案，包括兩個減速電機和兩個后輪。轉向機構工作原理為：轉向時由控制者向小車發(fā)出轉向信號，轉向電機根據(jù)轉向信號正向或反向旋轉一定角度，電機通過齒輪、齒條系統(tǒng)帶動轉向架擺動一定角度，最終帶動與轉向架固定在一起的前輪偏擺一定角度。小車在轉向時由于內(nèi)、外側的車輪的轉彎半徑不同，所以內(nèi)外側車輪的轉速也不相同。前輪為從動輪，會根據(jù)轉彎角度的大小自動調(diào)節(jié)內(nèi)、外側車輪的轉速；而后輪為主動輪，其轉速分別由兩個電機獨立驅動，不會根據(jù)轉彎半徑自動調(diào)節(jié)轉速。因此小車轉彎時，控制系統(tǒng)在控制轉向電機的同時還需要根據(jù)轉向角度的大小向兩個驅動電機發(fā)出控制信號" title="控制信號">控制信號，調(diào)節(jié)兩個驅動電機的轉速使之產(chǎn)生特定的轉速比，從而使轉彎順利進行。在這里，轉彎的角度、轉速比與小車的尺寸及轉彎半徑有關。

3 控制系統(tǒng)
　　控制系統(tǒng)包括兩大部分，一部分位于遙控器內(nèi)，用于識別控制者的命令并將響應的控制信號發(fā)送出去；一部分位于小車上，用于接收遙控器發(fā)出的控制信號，并根據(jù)控制信號控制轉向機構和驅動機構，使小車實現(xiàn)預期的動作。
3.1 遙控器
　　遙控器主要由語音識別模塊和無線發(fā)送模塊" title="發(fā)送模塊">發(fā)送模塊(編碼芯片、射頻發(fā)送模塊)組成，如圖3所示。遙控器的工作原理為：控制者通過麥克風發(fā)出控制命令，該命令經(jīng)過語音識別模塊識別后，根據(jù)控制信號的類型產(chǎn)生一個8位的控制碼，語音識別模塊通過其P1端口將控制碼輸出至無線發(fā)送模塊，然后語音識別模塊發(fā)出控制信號，控制無線發(fā)送模塊將該控制碼以無線電波形式發(fā)送出去，車載控制部分接收到后便控制小車產(chǎn)生預期的動作。

3.1.1 語音控制模塊
　　語音控制模塊主要由Sensory公司的集成語音識別芯片RSC－364組成。該芯片是專門為語音控制家電產(chǎn)品而設計的，外圍輔助器件少，采用典型應用電路時只需要一個麥克風、一個晶體振蕩器、一個小場聲器和幾個電阻、電容即可。該芯片內(nèi)部集成了語音識別、語音合成、語音身份識別、錄音回放功能。芯片內(nèi)部采用的是神經(jīng)網(wǎng)絡的語音識別算法，和說話者無關的語音識別準確率可以達到97％，和說話者相關的語音識別準確率可以達到99％。該芯片的功能框圖如圖4所示。該芯片內(nèi)部集成了一個八位的可編程微處理器，對外有16個可編程控制的I/O口，16位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線及相應的控制信號，可方便地擴展外部ROM以及與外部器件通訊。本文中對RSC－364的資源使用情況為：其P1口用于傳輸與控制命令相應的控制碼，P0.7口用于啟動無線發(fā)送模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。

3.1.2 無線發(fā)送模塊
　　為了提高無線收發(fā)的可靠性，本文采用集成的射頻發(fā)送模塊F05C和編碼芯片PT2262組成無線編碼發(fā)送模塊。PT2262外圍電路簡單，只需外接一個電阻調(diào)節(jié)載波頻率。PT2262的電源電壓范圍廣，4～15V均能正常工作。PT2262可以對12位二進制信號進行編碼輸出，足以滿足本文的要求。PT2262的控制也極為簡單，在PT2262的TE端為0時，PT2262自動將地址引腳和數(shù)據(jù)引腳A0～A11的數(shù)據(jù)編譯成適合RF電路發(fā)射的串行編碼波形，然后通過DOUT端口串行輸出。應用時只需將PT2262的DOUT端口連接到RF電路的數(shù)據(jù)輸入端即可將數(shù)據(jù)通過無線電波發(fā)送出去。本文中RF電路選用集成的射頻發(fā)送模塊F05C。F05C采用聲表諧振器穩(wěn)頻，SMT樹脂封裝，頻率一致性較好，免調(diào)試。F05C具有較寬的工作電壓范圍及低功耗特性，當發(fā)射電壓為3V時，發(fā)射電流約為2mA，發(fā)射功率較?。?2V為最佳工作電壓，具有較好的發(fā)射效果，發(fā)射電流約為5～8mA；當發(fā)射電壓大于l2V時直流功耗增大，有效發(fā)射功率不再明顯提高。F05系列采用AM方式調(diào)制以降低功耗^[1]。因為本文無線發(fā)送的命令的種類較少，所以不需要全部使用PT2262的12個數(shù)據(jù)引腳，鑒于RSC-363內(nèi)核和AT89C51均為八位機，為了數(shù)據(jù)傳輸方便，只使用PT2262的低八位數(shù)據(jù)引腳傳輸數(shù)據(jù)，其余的四個數(shù)據(jù)引腳直接接地，其上數(shù)據(jù)沒有意義。
3.2 車載控制部分
　　車載控制部分主要由無線接收模塊(射頻接收模塊、解碼芯片)、車載處理器和電機控制模塊(圖中略)組成，如圖5所示。其功能就是接收遙控器發(fā)出的無線電信號并解碼，送入車載處理器，經(jīng)過計算產(chǎn)生相應的控制信號，控制三個電機工作，使小車產(chǎn)生預期的動作。

3.2.1 無線接收模塊
　　無線接收模塊由射頻接收模塊J05C和解碼芯片PT2272組成。J05C是F05C的配對功能模塊。J05C采用超外差電路結構和溫度補償電路，具有較高的接收靈敏度及穩(wěn)定性，芯片內(nèi)含低噪聲射頻放大器、混頻器、本地振蕩器、中頻放大器、濾波器及限幅比較器，輸出為數(shù)據(jù)電平信號。其功能是自動接收無線電波并對電波進行處理，輸出適合解碼芯片解碼或單片機解碼的波形。PT2272是PT2262的配對芯片，其外圍電氣特性和PT2262相同。工作時，PT2272自動對從DIN端口輸入的編碼波形進行解碼，解碼成功則將地址和數(shù)據(jù)輸出到對應的地址引腳和數(shù)據(jù)引腳，同時將EN端口置為高電平，數(shù)據(jù)在各個引腳上的排列順序和PT2262完全相同。和無線發(fā)送模塊相對應，這里也只使用其低八位數(shù)據(jù)引腳傳輸八位有效數(shù)據(jù)。
3.2.2 車載處理器
　　車載處理器采用常用的MCS－51系列單片機AT89C51。AT89C51是8位單片機，其片內(nèi)集成有4K的程序存儲器，能夠滿足一般的應用。單片機有8位外部數(shù)據(jù)總線和16位外部尋址地址線，支持外擴程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。片內(nèi)集成兩個16位的定時/計數(shù)器，兩個外部中斷口，32位雙向I/O口^[2]。在本文的應用中，單片機采用中斷工作方式。P2口和無線接收模塊的解碼芯片的數(shù)據(jù)端口的低8位相連，用于接收解碼的數(shù)據(jù)。解碼芯片的EN端口和單片機的外部中斷口INT0相連，解碼芯片解碼成功時會自動通過EN端口向單片機申請中斷，單片機進入中斷處理程序，接收解碼后數(shù)據(jù)。因為EN端口是高電平有效，而INT0是低電平有效，所以EN需要通過一個反向器和INT0連接。單片機的P1口用來輸出PWM波，控制轉向電機和兩個驅動電機。每個電機需要兩個端口進行驅動，分別用于電機的正反向選擇。P1口每位的具體定義為：P1.0和P1.1用來控制轉向電機的正轉和反轉；P1.2和P1.3用來控制左后輪驅動電機的正轉和反轉；P1.4和P1.5用來控制右后輪驅動電機的正轉和反轉。
3.2.3 電機控制模塊
　　電機的驅動采用雙向PWM脈寬調(diào)制方式控制。采用這種控制方式可以方便地實現(xiàn)電機的正反轉和轉速變化^[3]。電機驅動電路如圖6所示。其工組原理為當P1.0端口為高電平、P1.1端口為低電平時，三極管Q5導通" title="導通">導通，Q5導通又導致Q3和Q2導通，則電流從電源通過Q2、直流電機和Q3構成回路；當P1.0端口為低電平、P1.1端口為高電平時，三極管Q6導通，Q6導通又導致Q4和Q1導通，則電流從電源通過Q1、直流電機和Q4構成回路，且電流方向和前面相反，即電機轉向發(fā)生變化。通過控制P1.0口和P1.1口電平的高低和高電平導通的時間，就可以控制電機的正、反轉和轉速。

4 實驗結果
　　本文設計的小車的長度為210mm，寬度為100mm，前后輪距為150mm，小車的最大轉彎角度為45度。小車可以識別的總的命令條數(shù)為16條。左轉和右轉各4條，對應的轉向角度分別為5度、15度、25度、45度；停止1條；前進5條，對應于五級不同的前進速度；后退兩條，對應兩級不同的后退速度。小車的各級轉彎角度對應的轉彎半徑及兩個電機的轉速比的關系如表1所示。