基于单片机的颜色识别早教系统设计与实现.docx

本科毕业设计（论文） 基于单片机的颜色识别早教系统设计与实现 Design and implementation of colorRecognition early education systembased on single chip microcomputer 院 （系）计算机科学与技术专 业电子信息工程班 级一班学 号16210420112学生姓名庄少强指导教师何世添提交日期2020年 4 月 20 日毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在指导老师的指导下，独立进行的设计（研究）工作及取得的成果，论文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人已经发表或撰写的作品及成果。对本文的研究作出贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。毕业论文作者（签字）： 签字日期： 年 月 日摘 要为了提高孩子的早期教育，减少孩子父母的生活压力，给予孩子玩耍与学习并存的机会，本次研究中，将设计一款具备基本功能的颜色识别早教系统，具备了颜色识别、语音播报、LCD屏幕显示以及答题这四方面的功能本文主要做了以下几个方面的工作：分析了颜色识别早教系统在国内外的市场以及研究现状；完成了整个颜色识别早教系统的硬件框架设计，介绍各个模块的具体作用和应用；分析颜色识别早教系统的软件系统框架，并设计了系统中的各个模块的驱动代码；最后对所设计的颜色识别早教系统做了单次颜色识别测试、颜色多次识别测试基于答题功能测试三个测验，证明了利用单片机搭建的颜色识别早教系统方案的可行性。关键词：早教系统 单片机 颜色识别 LCD显示 语音播报AbstractIn order to improve children's early education, reduce their parents' life pressure, and give children the opportunity to play and learn at the same time, in this study, we will design a color recognition early education system with basic functions, which has four functions: color recognition, voice broadcast, LCD screen display and question answeringThis paper mainly does the following work: analyzes the market and research status of color recognition early education system at home and abroad; completes the hardware framework design of the whole color recognition early education system, introduces the specific role and application of each module; analyzes the software system framework of color recognition early education system, and designs the driving code of each module in the system; finally The color recognition early education system designed has three tests: single color recognition test and multiple color recognition test based on the answer function test, which proves the feasibility of the color recognition early education system based on single chip microcomputer.Keywords： Early education system Singlechip Color recognition LCD display Voice Announcements目录第一章 绪论11.1 课题研究背景和意义11.2 国内外研究历史和现状11.3论文研究内容和目标21.4 论文结构安排2第二章 颜色识别早教系统相关技术42.1嵌入式技术42.2颜色识别技术52.3 语音播报技术52.4本章小结6第三章 硬件系统设计73.1整体设计73.2芯片选择及原理图设计73.3 核心模块83.3.1颜色识别模块83.3.2 LCD显示模块103.3.3 语音播报模块113.4 本章小结12第四章 软件系统开发134.1 框架134.2相应模块代码处理134.2.1 颜色识别模块代码134.2.2 LCD显示模块代码144.2.3语音播报模块代码154.3 本章小结19第五章 系统测试205.1测试目的205.2 LCD屏幕显示测试205.3单次颜色识别测试215.4多次颜色识别测试225.5 本章小结23第六章 总结与展望24参考文献25致谢26广东东软学院本科毕业设计（论文）第一章 绪论1.1 课题研究背景和意义截止2019年为止，中国人口总数已经超过了14亿。中国的人口基数大，新增人口多，城市与农村的经济差距较大，在农村的就业机会不多，再加上农村人口数量庞大，所以农村父母大部分选择外出打工，这就导致了农村留守儿童的数量逐渐的庞大起来。中华人民共和国第五次人口普查工作在2000年11月1日开展，根据此项调查的数据显示，中国农村的留守儿童数量接近2000万人。为了得到我国农村留守儿童的具体数据，我国有关部门在全国范围内的农村留守儿童的摸底排查工作在2016年的3月底开展。截至调查结束时间为止，根据调查数据显示，我国十六周岁以下的农村留守儿童人数为902万人。其中，有89.3%的留守儿童是由他们的祖辈监护的，数量约为805万人；3.3%的留守儿童由亲戚朋友监护，数量约为30万人；有3.4%的留守儿童父母中的一方外出务工另一方因为各种原因无监护能力，数量约为31万人。还有4%的农村留守儿童无人监护，数量约为36万。在上述所举的数据中，值得关注的是有80%-90%以上的留守儿童由祖父母或亲友临时监护。年龄相对较高、受过的文化教育水平较低、文化素质相对较为低下的祖父母，留守儿童的学习他们并没有能力指导和监督。即使在一、二线城市，由于当代社会的生活节奏加快，家长在繁忙的都市生活中完成工作方面的事情后，时间和精力也已经所剩无几。这些居住在一、二线城市的家长能够陪孩子一起玩耍和学习的时间是少之又少，无法让孩子接受到相比于现在更好的早期教育。故提出“基于单片机的颜色识别早教系统设计与实现”的项目，以此来缓解现代中国社会存在的这种矛盾关系，给予留守儿童更好的学习机会与早期教育，在能让父母得到充分休息的同时给予孩子更好的早期教育。1.2 国内外研究历史和现状幼儿启蒙教育是幼儿教育的重要组成部分，同时很多的幼儿启蒙教育主要是用来进行知识和技能的传授。1国外早在1980年就有相关的学术研究，幼儿启蒙教育的基本理论、基础技术和幼儿启蒙教育的应用等方向的研究在这个时期得到了迅速的发展。随着国外计算机技术的广泛普及应用，越来越多的研究人员把眼光投放在了以游戏的形式作为载体的儿童启蒙教育的方式上。到现在为止，在国外有很多国家已经实现了幼儿启蒙教育的市场化模式，将幼儿启蒙教育与其他形式的教育放在同一水平面上。不同于西方国家，我国在幼儿启蒙教育方面上的研究比较晚。但总的来说，我国幼儿启蒙教育的发展是非常迅速的。自从进入21世纪开始，我国在幼儿启蒙教育上的研究就逐渐发展起来、研究内容就逐渐丰富起来。在2007年以后，随着越来越多的国人关注幼儿启蒙教育，我国在该领域的研究更是加快了步伐。幼儿启蒙教育在我国也是越来越受到国人的关注和重视，关注度和重视程度在逐年的提高。在研究方向上，我国也是与西方国家有些不同的。发展综述类研究、技术工具类研究和应用实践类等方面的研究是我国的主要研究方向。虽然理论成果丰富，但是因为国内的大部分研究就只集中在幼儿启蒙教育的理论方面，所以实际操作指导性并不强，对于我国的幼儿启蒙教育的发展起到的作用并不明显。目前国内颜色识别早教系统这一方向的应用研究大部分都在软件方面上， 其中有幼儿图形及颜色识别软件的设计与实现这一论文与本论文设计方向上具有一定的相似性，该论文是由北京工业大学的硕士连环提出的。该论文将颜色识别、图形识别等功能集成在APP上，通过需求调查分析，进行了功能结构设计和数据库表的设计。在硬件系统的研究设计上，近年来越来越多的儿童玩具厂商也开始了朝着智能早教系统这个方面进行研究设计。1.3论文研究内容和目标根据设计要求，颜色识别早教系统提供了包括了以STM32单片机作为核心的控制模块，颜色识别模块、LCD触摸液晶显示屏模块和语音播报模块与单片机进行配合。2通过STM32单片机来搭配上述三个模块模块实现各种功能，从而使整个系统的功能更加的全面和丰富。颜色识别早教系统由颜色识别模块、显示模块、语音模块组成，由颜色识别模块识别到物体颜色之后再通过显示屏显示出来，并且通过语音模块读出其读音。如果在系统使用的单次周期内该颜色的检测次数大于一次，则会进入答题模式。颜色识别早教系统进入答题模式时会有语音提示。进入答题模式后，系统会在LCD显示屏上随机生成一个颜色的图片和该物体颜色的图片提供给用户选择，用户可以在LCD显示屏上作出选择，如果选择正确，系统会让语音模块播报选择正确的语音，选择错误的话系统会让语音模块播报选择错误的语音。1.4 论文结构安排本论文的整体结构主要由以下六个章节构成：第一章，绪论，分析和研究本课题的提出背景和意义，以及分析了国内外对于幼儿启蒙教育的发展历史和现阶段的差距，并提出了本次论文的主要研究内容和目标；第二章，介绍颜色识别早教系统的相关技术，分析了嵌入式技术、颜色识别技术、LCD显示技术、语音播报技术和嵌入式相关技术，描述了其优点和在颜色识别早教系统中的功能；第三章，介绍了硬件系统设计，描述了整个颜色识别早教系统的整体硬件框架并介绍了STM32F103C8T6 核心板、颜色识别模块、LCD触摸液晶显示模块、语音播报模块的详细信息。第四章，系统软件开发，描述了整体软件的设计框架，同时描述了颜色识别模块、LCD显示模块、语音播报模块的驱动方法和相关代码的编写。第五章，颜色识别早教系统的测试，将完成的颜色识别系统进行了详细的测试，其中包括LCD显示模块显示功能的测试、单次识别物体颜色以及多次识别物体颜色共三个测试。第六章，总结与展望，对论文中研究的颜色识别早教系统阐述了目前主要的研究成果以及当前颜色识别早教系统中所存在的不足，并展望了未来的颜色识别早教系统的发展。第二章 颜色识别早教系统相关技术1.2.1嵌入式技术从发展时间上看，嵌入式技术比单片机技术晚；从应用范围上看，嵌入式技术比单片机技术更加广泛，在我们生活中所看到的各类电子产品和数字化的电子，他们的核心技术就是嵌入式技术。嵌入式技术主要有以下两种功能，分别是实现了对设备的监视或管理，使用户能够更好的使用设备；和对硬件设备的控制，使用户能够很便捷的使用设备。因为在不同的场景和不同的应用任务下我们需要选择不同的嵌入式软件和硬件，所以这时候我们就要考虑到嵌入式软硬件的功耗、处理能力、成本、体积和可靠性等参数。系统软件和应用软件是嵌入式系统的核心，要求软件的代码需要有性能可靠、紧凑有序的特点，而且嵌入式系统对代码的实时性有严格要求，因为系统的存储空间有限。嵌入式技术能够执行专用的功能。因为嵌入式系统需要应用到不同的设备环境上，这就需要有能够支持嵌入式系统功能的专用的微处理器和专用的计算机系统，除此之外，嵌入式系统还需要具备专门化、可靠性高和价格低等通用计算机所不具备的特点。一个电脑系统包括软件系统和硬件系统，嵌入式系统也是如此。拥有了软硬件，嵌入式系统就可以独立的工作了。可以独立工作以后，嵌入式系统就可以控制对应的目标设备，成为使目标设备智能化的控制器。不仅如此，嵌入式系统还具有如下特点。1) 通常在不同的应用环境之中需要有不同的嵌入式系统来支持不同的应用功能，嵌入式系统需要根据不同的用户群体来提供不同的功能，所以具有专用性的特点。2) 为了不破坏目标设备的整体构造记忆整体观感，不会使嵌入式系统的体型影响到目标设备的整体构造，这就得益于嵌入式系统里的集成芯片，实现了嵌入式系统的小型化。3) 通常嵌入式系统都需要对目标设备进行全天的操作管控，要对目标设备的行为进行实行管理，所以嵌入式系统具有较强的实时性。4) 为了保证目标设备的正常工作，通常嵌入式系统不能对目标设备的能源损耗过大，而且还具有一些相对较小的目标设备，不允许能源损耗过大，所以嵌入式系统具有低功耗的特点。5) 嵌入式系统在实现目标功能的时候，因为其小型化的特点，就需要把为了实现目标功能所需的软硬件结合在其小型化的空间里，这样需要用最大的程度来发挥软硬件的功能，实现了高性能的特点。2.2颜色识别技术现实中的颜色多种多样，构成了丰富多彩的视觉世界。3自动控制系统在被提出时，得到了普遍的关注与发展。其中新兴的检测技术，颜色识别技术就在它在理论上的简单应用。颜色识别技术在被提出之后，也得到了大家的普遍关注、的到了有力的发展。实时检测系统和自动控制这两方面的发展也随着颜色识别技术的提出而得到了大力发展。到现在为止，颜色识别技术已经经常出现在人们的实现中了，这得益于处理器的发展，处理器运行速度和处理速度的加快，使得颜色识别技术广泛应用的实时检测系统的效率得到提升。颜色的识别在现代生产中的应用越来越广泛,不论是材料、 工业自动化、遥感技术、图像处理、产品质检, 还是某些模糊的探 测技术都需要对颜色进行探测。4物体被光源照射后，物体的表面吸收了光源中有色的一部分成分,然后反射出的另一部分有色光在人眼中反应，这就是平时我们为什么能看到物体颜色的原因。任何一种颜色都可以用三种基本颜色按照不同的比例混合得到5。三基色指的是红绿蓝三种颜色，这在初中物理知识上被提到过。世界上的各种人类肉眼可见的颜色都是由三基色组成的，三基色按照不同的比例混合，就能够组合成各种颜色。这个就叫RGB 原理。这个原理几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色，是目前运用比较广泛的颜色原理。6通过检测被测物体表面颜色从而得到该物体颜色的RGB数值，这就是颜色识别传感器的工作原理，颜色识别传感器是典型的光学传感器，在各个领域都有较为广泛的应用。其基本原理是RGB三色感光二极管对物体反光的检测，不同颜色的物体对不同波长光线的反射能力不同，感光二极管通过采集这些反射光，再结合校准程序识别物体表面颜色。白平衡操作是让系统知道什么是白色，在颜色识别早教系统的使用前需要先进行白平衡的操作。理论上，等量的红、蓝、绿三色构成白色。7 但是实际生活中的白色却不是如此。在实际生活中，因为存在的各种不同因素的影响，在白色中的三原色并不是等量的，不仅如此，而且颜色识别传感器对三原色的识别的敏感程度不是一样的，以上这些因素都会使得颜色传感器对白色物体进行识别后，传感器的RGB值输出不相等。因此在测试前必须进行白平衡调整，使得颜色传感器对所检测的“白色”中的三原色是相等的。82.3 语音播报技术计算机自从被发明以来，一直朝着能提供更好的使用体验给用户这个方向发展，不仅能让用户得到看的反馈，也要听到反馈。于是语音技术就发展了起来，在语音技术中，关键技术是自动语音识别技术和语音合成技术。计算机自从被发明出来开始，一直朝着让其能听、能看、能感觉等这种人机交互的方向发展。其中语音技术最被人们所看好，因为其相比与其他技术来说有更多的优势。包括自然语言理解、语音识别和语音合成这三项非常主要技术的“自动翻译电话”计划1984年在日本被提出，这就是语音技术开始的最早应用。随着计划的提出，语音技术也开始受到人们的关注，开始兴起。在发展自动语音识别技术之前，让计算机能够发出声音的语音合成技术就已经得到了一定的发展，其核心技术是文字语音转换技术，即TTS。早前在很多的应用系统上面就已经应用上了语音合成技术，比如汽车的信息系统就是语音合成技术应用的例子。在汽车内车主能听到的各种声音几乎都是由语音转换技术得到的。在计算机内置芯片的支持下，通过神经网络的设计，把文本内容转化成为自然的语音流，这就是语音技术中的TTS技术，TTS技术是语言学和心理学共同运用的杰出之作，Text To Speech，从文本到语音，即为TTS技术。到目前为止，TTS技术已经发展到一定程度了，其中包括语音合成速度越来越快、语音音律越来越流畅、听者的感觉越来越自然、文本文件的实时转换时间越来越短以及能够自动识别中英文读音。一些MP3播放器具有TTS功能。文字语音转换技术能够是计算机发出声音，这些声音主要是计算机中的帮助文件或者是网页内容等文本文件。文字语音转换技术的出现，提高了视觉障碍患者的阅读信息量，使其能在计算机在阅读信息，还提高了文本文档的可读性。2.4本章小结本章主要对颜色识别早教系统的关键技术做了详细的研究和分析解释，首先对嵌入式技术的作用和特点做了详细介绍；然后对颜色识别技术的作用及基本工作原理和语音播报技术的发展和应用分别做了详细介绍。第三章 硬件系统设计2.3.1整体设计颜色识别早教系统的整体硬件设计框架如图3.1所示，颜色识别模块识别物体颜色后发送数据给STM32F103核心板，经过STM32F103核心板的处理数据之后通过命令发送给LCD串口液晶触摸屏，LCD串口液晶触摸屏通过串口与STM32F103核心板连接，实现识别物体后的显示颜色中英文、颜色对应图片以及进入答题模式显示两个选项的功能，同时通过指令操作语音模块完成对应的语音播报的操作，还提供了18650充放管理模块给系统提供供电。图3.1 颜色识别早教系统硬件框架3.2芯片选择及原理图设计此次颜色识别早教系统选用STM32F103CT6核心板作为数据处理中心，核心板实物图见图3.2。 STM32F103CT6核心板的工作频率最高可以到达72MHz，拥有性能强大的从64k或128k字节的闪存程序存储器和高达20k字节的SRAM。拥有着7通道的DMA控制器和转换范围是0-3.6v的两个12位AD模数转换器，支持包括SPI、ADC、USART、I2C和定时器等多种外设，拥有16个外部中断，调试方式支持串行单线调试和JTAG调试两种，还拥有多达7个定时器和9个通讯接口。非常适合本系统功能的需求。系统原理图如图3.3所示，STM32F103C8T6核心板是所有模块的连接基础，各种模块通过各种不同接口连接至核心板，核心板获取到并处理数据，就能完成颜色识别早教系统中的各种功能。9图3.2 STM32F103CT6核心板图3.3 颜色识别早教系统原理图3.3 核心模块3.3.1颜色识别模块此次在颜色识别早教系统的颜色识别模块的选择上是选用了GY-33颜色识别模块，GY-33实物图如图3.4所示。GY-33是一款低成本颜色识别传感器模块10。首先照明LED 发光，当照射到被测物体后，返回光经过滤检测得到RGB的比例值，根据RGB的比例值识别出物体的颜色。这就是GY-33颜色识别模块的工作原理。该模块的功耗小，工作电压为3-5V，模块小巧，安装方便，使用范围广泛，支持与单片机和电脑的连接。非常适合应用在颜色识别早教系统中。串口的波特率支持 9600bps 与115200bps两种。可以配置支持掉电保存设置的连续和询问两种输出方式。能简单的识别 7 种颜色，不需要计算RGB值。 图3.4 GY-33模块实物图该模块的传感器芯片是采用了TCS34725，RGB测量范围是 0-255，详细参数见表3.1，以及图3.5的接口框图。表3.1 GY-33模块详细参数名称参数测量范围RGB 0-255响应频率10HZ工作电压3 - 5V工作电流15mA工作温度-20 - 85储存温度-40 - 125尺寸24.3mm * 26.7mm传感器芯片TCS34725图3.5 GY-33模块接口框图该模块还具有以下特点：1) 模块具备内置 MCU，可以设置单独传感器芯片工作模式，作为简单传感器模块使用，MCU 不参与数据处理工作。2) 支持串口 UART（TTL 电平）或者 IIC（2 线）两种通讯方式3) 可根据实际检测环境来调节 LED 的亮度3.3.2 LCD显示模块在LCD屏幕的选择上我们选择了陶晶驰的3.2英寸的LCD电阻触摸液晶串口屏，实物图如图3.7所示。该模块显示屏尺寸为80.9mm（L）×47.6mm（W），可视尺寸为69.6mm（L）×41.76mm（W），屏幕分辨率为400×240，工作温度为-20-70，适合日常操作使用。拥有4MB的内置FLASH储存器，3584 BYTE 的RAM空间，1024 BYTE的串口指令缓冲区。通过USART串行接口通讯的方式与单片机通讯。该LCD液晶触摸屏模块还带有对应的配套上位机，上位机功能齐全，同时拥有丰富的指令集，方便产品的开发。LCD液晶触摸屏的接口性能参数可见表3.2。表3.2 LCD液晶触摸屏的接口性能参数参数测试条件最小值典型值最大值单位串口波特率（TXD）输出 1，Iout=1mA3.03.2-V输出 0，Iout=-1mA-0.10.2V串口输入电平（RXD）输出 1，Iout=1mA2.03.35.0V输出 0，Iout=-1mA-0.70.01.3V接口电平3.3V/5V TTL 电平(非 232 电平)通讯模式8,1,None用户接口方式4Pin_2.54mm 带锁扣SD 卡接口有（FAT32 文件格式）最大支持 32G MicroTF/SD 卡扩展 IO无RTC无LCD液晶触摸屏在颜色识别早教系统中是作为人机交互的一个重要模块，用户可以在显示屏上查看各种颜色识别后的显示信息，同时用户也可以在LCD液晶显示屏上完成颜色识别早教系统的功能选择和进入答题模式后的选项选择等功能。图3.7 触摸液晶屏实物图3.3.3 语音播报模块此次在语音模块的选择上选择了JQ8900-TF 语音模块，该模块与单片机通讯的通讯方式是串口通讯。JQ8900-TF模块支持FAT文件系统；支持MP3、WAV两种硬件解码；支持两线串口模式、一线串口控制和按键模式三种控制模式；支持任意文字指定路径播放，直接发送所在的路径即可播放；支持TF卡；因为拥有着完善的指令和指令解析，还有模块配套的专用上位机，使用户能够快速上手，上位机方便调试，支持指令自动生成，让应用更稳定。非常适合用在颜色识别早教系统上。详细的JQ8900-TF语音模块硬件参数可查看表3.3。表3.3 JQ8900-TF语音模块硬件参数名称参数MP3文件格式1. 支持所有比特率11172-3和 ISO13813-3 layer3音频解码2. 采样率支持(KHZ)：8/11.025/12/16/22.05/24/32/44.1/483. 支持 Normal、Jazz、Classic、Pop、Rock 等音效USB接口2.0标准UART 接口标准串口，TTL 电平,波特率可设输入电压DC3.3-5.2V，推荐5V 供电; IO 电平为3.3V额定电流睡眠电流：500uA；工作电流：10MA尺寸标准的 SSOP24封装工作温度-40度85度湿度5%95%以及模块引脚说明可查看表3.4。表3.4 JQ8900-TF语音模块引脚说明引脚序号引脚名称功能描述备注1VPP一线串口控制脚2BUSY播放指示灯有音频输出高，无音频输出低3RXUART串行数据输入3.3V TTL 电平4TXUART串行数据输出3.3V TTL 电平5GND地电源地6DC-5V模块电源输入不可以超过5.2V7SPK-喇叭+按2W/8R以下无源喇叭8SPK+喇叭-9IO7触发输入口7对地触发10IO6触发输入口6对地触发11IO5触发输入口5对地触发12IO4触发输入口4对地触发13IO3触发输入口3对地触发14IO2触发输入口2对地触发15IO1触发输入口1对地触发16DAC音频输出外接功放3.4 本章小结本章主要是对颜色识别早教系统的单片机及相关模块做了简要的介绍。首先描述了硬件设计的整体框架，其次介绍了 STM32 单片机的优势和功能。然后对包括颜色识别模块，LCD显示模块，语音模块进行描述介绍，描述了各个模块在整个颜色识别早教系统中的作用。第四章 软件系统开发34.1 框架颜色识别早教系统的流程图如图4.1所示，进入系统后，可以先根据实际使用情况来调节颜色识别模块led等的亮度，进行颜色白平衡操作以后，点击屏幕上的颜色识别即可开始识别。图4.1 颜色识别流程图4.2相应模块代码处理4.2.1 颜色识别模块代码该GY-33模块是以串口通讯的方式与单片机进行数据传输的，串口通信参数如表4.1所示。（默认波特率值 9600bps，可通过软件设定）表4.1 GY-33模块串口通信参数波特率校验位数据位停止位9600bpsN81115200bpsN81GY-33模块串口输出配置寄存器表如表4.2所示，根据表4.2对GY-33模块进行串口配置。所有串口指令格式为帧头（0xa5）+指令+校验和(8bit)。例如要表示连续输出 MCU 处理后的 RGB 值，掉电后保存该设置，重新上电后将自动连续输出 MCU 处理后 RGB 值；就需要把bit7设置为1，即Auto=1，bit0设置为1，即RGB=1；串口指令即为0xA5+0x81+0x26。表4.2 GY-33模块串口输出配置寄存器表commandbit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0输出命令Auto0000RGBCLCCRGBAuto（默认1）1：上电后按照上次的输出配置输出，0：上电后不自动输出Bit6-bit3必须置零：0000RGBC（默认0）1：连续输出RGBC原始AD值，0：不输出；当Auto置1，掉电保存LCC（默认0）1：连续输出亮度、色温、颜色值，0：不输出；当Auto置1，掉电保存RGB（默认1）1：连续输出处理后的8bitRGB值，0：不输出；当Auto置1，掉电保存在颜色识别模块的代码部分，主要需要以下几个函数：/设置模块串口输出寄存器void GY33_SET_TxData( u8 Auto, u8 RGBC, u8 LCC, u8 RGB ) /设置模块LED灯亮度void GY33_SET_LEDShow( u8 Show )/获取模块数据void GY33_GetRGBData( u8 nmb )/设置一次白平衡校准void GY33_SET_Aline( void )/串口3接收中断 接收处理GY33发来的数据void USART3_IRQHandler(void)最后通过以上5个函数来完成对颜色识别模块的操作，以达到该模块可以准确识别被检测物体颜色的功能。4.2.2 LCD显示模块代码LCD触摸液晶屏需要先与上位机连接完成显示页面的编辑操作，通过USB转TTL与电脑上位机连接，在电脑打开USART HMI上位机软件编辑显示页面。编辑完成的效果如图4.1 所示。随后将该项目通过串口下载的方式烧写进LCD触摸液晶屏中，LCD显示模块主要需要以下几个函数：/切换页void HMI_PAGE( u8 nmb );/数据赋值void HMI_N( u8 nmb, u32 data );/照片背景色修改void HMI_T_BCO( u8 nmb, u32 data );通过以上三个函数来完成对LCD显示模块的处理操作，以达到在LCD屏幕上显示对应内容的功能。图4.1 USART HMI上位机软件编辑显示页面4.2.3语音播报模块代码JQ8900-TF语音模块通过一线串口通讯协议与STM32F103核心板进行通讯。一线串口通讯协议中，sda为数据发送端口，发送语音地址。先发送低位。图4.2的范例发送的是89H。指令功能和说明见表4.3，以及控制说明见表4.4。然后通过模块配套的语音合成软合成颜色识别早教系统中的各种提示语音，包括单次颜色识别后的提示语音，多次识别同种颜色后进入答题模式时会有的提示已经进入答题模式的语音，以及进入答题模式后用户选择选项正确或错误后的提示语音。语音合成工具界面见图4.3。语音合成后的文件的命名格式必须为4位数字，这四位数是文件的曲目号。选曲播放指令靠此数字来识别。如图4.4所示。图4.2 一线串口通讯协议98H发送方式表4.3 指令功能和说明指令（HEX）功能说明00-09数字1-9数字1-9可以用需要数字的功能，比如选曲设置插播曲目，先发数字后发功能指令0A清零数字清除发送的数字0B选曲确认配合数字实现0F设置通道10设置插播曲目11播放12暂停13停止14上一曲15下一曲18选择SD卡1B系统睡眠表4.4 控制说明指令控制说明0x000x09仅表示数字090x0a为单字节控制指令，用于清空上一次接收的数字0x0b0x10为多字节控制指令，需要和0x000x09配合使用0x110x1c为单字节控制指令，只需要发送一个控制指令即可图4.3 语音合成工具界面图4.4 MP3命名格式选曲目号2播放步骤如下：清空数字->曲目号->“选曲播放”控制指令。发送代码0x0A -> 0x02 -> 0x0b使用单片机发送函数如下：SendData(0x0a);SendData(0x02);SendData(0x0b);比如发送“开始播放”控制指令。只需发送一个0x11即可。使用单片机发送函数如下：SendData(0x11);本次例程以C51单片机为例，对于使用不同频率，不同型号单片机，只需要修改延时函数即可。voidDelay1us(int T)/延时函数while(T-);void SendData(u8addr)/发送函数。u8 i;EA=0;/*发送时关掉中断，防止中断影响时序*/sda=1;/*开始拉高*/Delay1us(1000);sda=0;/*开始引导码*/Delay1us(2200);/* 延时为310ms，注：延时最少要大于2ms */for(i=0;i<8;i+)/*总共8位数据*/sda=1;if(addr&0x01)/*3:1表示数据位1,每个位用两个脉冲表示*/ Delay1us(500);sda=0;Delay1us(210);else/*1：3表示数据位0,每个位用两个脉冲表示*/Delay1us(210);sda=0;Delay1us(500);addr>>=1;sda=1;EA=1;/恢复中断在本系统中，主要使用以下两个函数来对语音模块进行操作。/播放MP3文件夹中指定音乐/num:要播放的音乐序号 范围0-9999void MP3_PlayMP3( u16 num );/播报0-99数字/data:数据 mode:1数据中间加声音10 0不加void MPe_PlayNmb( u8 data, u8 mode );通过这两个函数的操作，可以使语音模块实现对应的功能。4.3 本章小结本章主要对颜色识别模块的软件设计框架以及颜色识别模块、LCD显示模块和语音播报模块的使用和设计代码做了详细的研究报告。首先对整个颜色识别早教系统的软件框架做了介绍，然后再分别对颜色识别模块、LCD显示模块和语音播报模块的主要驱动函数和相关代码的编写做了详细介绍。第五章 系统测试45.1测试目的在完整的系统项目设计的过程中，不单单只是把硬件连接起来就可以提供给用户使用了，一般都要进行严格的系统功能测试以后才可以提供给用户使用。系统功能测试是一项非常重要的工序，一般分为软件测试和硬件测试。测试可以及时发现产品的不足之处以后系统的BUG等等，在颜色识别早教系统的测试中，主要进行以下三个方面的测试：1) LCD屏幕显示测试，测试LCD屏幕是否能够正确显示相关颜色的图片以及文字描述。2) 单次颜色识别测试，测试颜色识别早教系统在单次识别颜色的时候能否正确识别。3) 多次颜色识别测试，测试颜色识别早教系统在多次识别颜色的时候能否正常进入答题模式，并正确执行相应的操作。5.2 LCD屏幕显示测试LCD屏幕是颜色识别早教系统给用户提供的最大反馈，有了LCD屏幕，用户可以直观的体验到系统所提供的功能，在这里，我们将对颜色识别系统的显示功能进行测试。用户进入系统的主界面时，看到的界面如图5.1所示。图5.1 系统主界面用户识别后的LCD显示如图5.2所示图5.2 用户识别反馈界面用户进入答题模式后的LCD显示如图5.3所示图5.3 用户进入答题模式后的界面5.3单次颜色识别测试颜色识别功能是颜色识别早教系统中最基础的功能，没有此功能的话该系统便无法成立，目前在该系统中