引言

近年來,隨著科技的飛速發(fā)展,語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)也逐步從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)就是將人類語(yǔ)音內(nèi)容轉(zhuǎn)換成可讀的計(jì)算機(jī)文本或命令,通過與機(jī)器的"語(yǔ)音交流",讓其明白且去執(zhí)行人的意圖。它使人類解放了雙手,擺脫了鍵盤或遙控器的束縛,這一獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)勢(shì)必會(huì)使語(yǔ)音控制技術(shù)迎來更廣闊的應(yīng)用前景。

1硬件方案設(shè)計(jì)

1.1硬件總體設(shè)計(jì)

本文研究以非特定人語(yǔ)音識(shí)別對(duì)家電進(jìn)行相關(guān)控制,通過將語(yǔ)音轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的指令對(duì)家電進(jìn)行控制。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路包含語(yǔ)音識(shí)別電路和家電控制電路,其中語(yǔ)音識(shí)別電路是以STC11L08xE為核心對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行識(shí)別和轉(zhuǎn)換的,家電控制電路部分則是以STC89C52為核心對(duì)外設(shè)(如LED燈、風(fēng)扇、顯示屏)進(jìn)行控制的。

1.2語(yǔ)音識(shí)別電路

1.2.1語(yǔ)音識(shí)別原理

語(yǔ)音識(shí)別芯片LD3320采用ASR技術(shù),該芯片自帶16位AD/DA轉(zhuǎn)換器和功放電路,麥克風(fēng)、耳機(jī)等聲音輸出設(shè)備可以直接與芯片管腳連接。非特定人語(yǔ)音經(jīng)過MIC送入LD3320之后,語(yǔ)音識(shí)別模塊會(huì)對(duì)接收到的聲音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析,并提取出特征信息與事先準(zhǔn)備好的關(guān)鍵詞列表中的拼音串進(jìn)行匹配,將得到的匹配結(jié)果存入相關(guān)寄存器中,由單片機(jī)取出匹配的結(jié)果并進(jìn)行相應(yīng)操作。

1.2.2LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊

語(yǔ)音識(shí)別模塊的主控芯片為STC11L08xE,內(nèi)置掉電檢測(cè)電路、看門狗和EEPRoM功能,具備2個(gè)16位定時(shí)器、3個(gè)時(shí)鐘輸出口和1個(gè)獨(dú)立通用全雙工異步串行口。該模塊還加入了電源轉(zhuǎn)換電路,提供穩(wěn)定的3.3V電壓供模塊使用,同時(shí)未被利用的單片機(jī)I/o口引出至插排處,方便對(duì)外設(shè)直接控制。

語(yǔ)音識(shí)別模塊電路圖如圖2所示。

1.3家電控制電路

家電控制電路以STC89C52單片機(jī)為核心,通過串行通信獲取來自語(yǔ)音識(shí)別模塊的命令,實(shí)現(xiàn)對(duì)家電系統(tǒng)的控制。具體包含以下幾個(gè)模塊:

1.3.1智能燈控制

智能燈的控制是通過改變PwM波占空比來實(shí)現(xiàn)的。在程序初始化段設(shè)置了導(dǎo)通占空比的初值,當(dāng)收到"調(diào)亮燈光"語(yǔ)音指令時(shí),PwM波導(dǎo)通占空比增大,智能燈變亮:反之變暗。為了讓燈光調(diào)節(jié)更加"智能",還加入了光敏傳感器用以檢測(cè)環(huán)境光亮度,利用A/D轉(zhuǎn)換讀取編寫判斷程序調(diào)節(jié)燈光變化等級(jí)。

1.3.2溫度控制

溫濕度檢測(cè)采用DHL11模塊,該模塊能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)環(huán)境溫濕度,當(dāng)溫度高于設(shè)定上限值時(shí),配置的風(fēng)扇會(huì)自動(dòng)打開:另外加入了"打開風(fēng)扇""關(guān)閉風(fēng)扇"等常用指令,通過語(yǔ)音能夠隨時(shí)進(jìn)行溫度控制。

1.3.3顯示控制

顯示模塊采用12864顯示屏,該顯示屏支持中文顯示,適用范圍廣。當(dāng)單片機(jī)收到"調(diào)亮燈光"命令時(shí),智能燈會(huì)變亮,同時(shí)顯示屏上會(huì)顯示"智能燈已調(diào)亮,當(dāng)前燈光亮度為××"字樣,對(duì)風(fēng)扇控制效果亦是如此。

24軟件設(shè)計(jì)案

系統(tǒng)軟件主要包括語(yǔ)音識(shí)別程序和家電控制程序,語(yǔ)音識(shí)別程序主要完成識(shí)別模塊的初始化、關(guān)鍵詞添加、語(yǔ)音識(shí)別和響應(yīng)中斷,家電控制程序?qū)φZ(yǔ)音識(shí)別命令進(jìn)行配置,用以調(diào)節(jié)亮度、溫度等操作。具體流程如圖3所示。

2.1語(yǔ)音模塊初始化

采用集成設(shè)計(jì)LD3320模塊,首先對(duì)時(shí)鐘頻率、ADC專用控制、DSP模塊和ASR模塊等進(jìn)行初始化,設(shè)定FⅠFI0Ex上下限并調(diào)整MCT、DSP參數(shù)。

2.2添加拼音串和識(shí)別碼

語(yǔ)音識(shí)別的結(jié)果依賴于拼音串與識(shí)別碼的匹配,外部采集的信號(hào)需要先經(jīng)過語(yǔ)音識(shí)別器與拼音串相匹配,再通過對(duì)應(yīng)的識(shí)別碼進(jìn)行操作。拼音串與識(shí)別碼的添加程序如下:

2.3語(yǔ)音識(shí)別

語(yǔ)音識(shí)別模塊開始工作后,首先關(guān)閉外部中斷,在此期間對(duì)ADC增益進(jìn)行設(shè)置,并調(diào)節(jié)麥克風(fēng)音量和靈敏度。之后通知DSP開始進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別,打開外部中斷后等待中斷信號(hào)產(chǎn)生。

3驗(yàn)證測(cè)試

為了檢測(cè)語(yǔ)音識(shí)別的效果,本文進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。首先將程序下載到單片機(jī)內(nèi),通過串口調(diào)試輸出識(shí)別后的文字:然后將識(shí)別的正確次數(shù)和正確率記錄下來。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,語(yǔ)音識(shí)別模塊工作穩(wěn)定,識(shí)別精度高,對(duì)不同人群識(shí)別差異較小。當(dāng)把測(cè)試距離由0.1m增加到0.2m時(shí),實(shí)驗(yàn)測(cè)試的準(zhǔn)確度稍有下降,但識(shí)別精度仍然保持在90%以上。

4結(jié)語(yǔ)

語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的發(fā)展為語(yǔ)音智能家電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了可行性方案。本文所設(shè)計(jì)的語(yǔ)音識(shí)別家電控制系統(tǒng)采用一體化語(yǔ)音識(shí)別模塊,并在此基礎(chǔ)上通過串行通信單片機(jī)對(duì)家電進(jìn)行語(yǔ)音控制,不僅拓展了原有模塊的Ⅰ/O口數(shù)量,而且使硬件功能更加獨(dú)立。該語(yǔ)音識(shí)別模塊工作穩(wěn)定、識(shí)別能力強(qiáng),通過改變關(guān)鍵詞,能夠完成不同的語(yǔ)音識(shí)別,具有操作簡(jiǎn)單、可利用場(chǎng)合多的特點(diǎn)。