柏夢媛 王勝蘭

摘 要：本項(xiàng)目采用單片機(jī)和語音處理芯片相結(jié)合，當(dāng)語音芯片接受到聲音信號時(shí)，產(chǎn)生電信號通過單片機(jī)控制I/O接口電路輸入給單片機(jī)，通過單片機(jī)控制的時(shí)鐘達(dá)到定時(shí)后即開啟鬧鈴，并啟動開關(guān)，使鬧鐘能自動避障運(yùn)動。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);語音識別控制;運(yùn)動避障

現(xiàn)在世面上有一種在叫醒過程中能運(yùn)動的鬧鐘，迫使人不得不起床關(guān)閉鬧鐘的基礎(chǔ)上，加上簡單的語音識別功能，使其能與人進(jìn)行簡單的交流，方便人們的生活，最終達(dá)到完全叫醒的效果，同時(shí)也向智能家居邁進(jìn)一步。

本設(shè)計(jì)從鬧鐘語音處理入手，使用LD3320語音芯片作為一種微控制器，其內(nèi)嵌4KB的FLASH和2KB的RAM能夠存儲所需的數(shù)據(jù)和程序，再以AT89C51單片機(jī)作為核心完成語音控制小車的設(shè)計(jì)，使之不僅能夠具有前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，避障等基本程序控制功能，而且還具備有語音控制功能。

1 語音控制方案

單片機(jī)語音控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路是應(yīng)用語音識別技術(shù)，由單片機(jī)控制其他的外圍器件，使其在人們的語音指令下工作。但是對于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來說，語音識別的難點(diǎn)在于采集和識別信號時(shí)因其環(huán)境和發(fā)聲體的不同，具有不確定性、動態(tài)性和連續(xù)性。本設(shè)計(jì)采用語音芯片LD3320作為語音采集處理核心，通過和單片機(jī)相連實(shí)現(xiàn)語音控制鬧鐘。通過軟件設(shè)計(jì)再加上簡易的硬件電路做成的電路，結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，人機(jī)界面友好，且價(jià)格低廉。其控制系統(tǒng)示意圖如下圖1：

圖1語音控制系統(tǒng)示意圖

工作流程：語音識別模塊是通過麥克風(fēng)采取接收外界的語音命令，對接收到語音進(jìn)行特征提取后，與原有語音進(jìn)行對比識別，然后交由單片機(jī)處理。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 語音模塊 本設(shè)計(jì)采用了LD3320語音識別芯片和相關(guān)控制電路，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了聲控鬧鐘的語音控制系統(tǒng)。由于LD3320芯片集成了語音識別處理器和外部電路，包括AD和DA轉(zhuǎn)換器、麥克風(fēng)、聲音輸出等接口，且不需要外接任何的輔助芯片，它最大的好處是識別的關(guān)鍵詞語列表是可以任意動態(tài)編輯的。

其工作過程為：當(dāng)將識別的關(guān)鍵詞字符串輸入到芯片內(nèi)部的時(shí)候，單片機(jī)會對采集到的語音樣本進(jìn)行分析處理，從中提取出語音特征信息，建立一個(gè)特征模型，在識別階段，單片機(jī)對采集到的語音樣本也進(jìn)行類似的分析處理，提取出語音的特征信息，然后將這個(gè)特征信息模型與已有的特征模型進(jìn)行對比，如果二者達(dá)到了一定的匹配度，則輸入的語音被識別。

語音識別用初始化（包括通用初始化）→寫入識別列表→開始識別，并準(zhǔn)備好中斷響應(yīng)函數(shù)，打開中斷允許位。

2.2 單片機(jī)模塊 本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)，設(shè)置LCD顯示、蜂鳴器等作為外圍電路，利用它高性能、高速度、體積小等特點(diǎn)，避免了元器件種類、個(gè)數(shù)繁多而引起的硬件電路結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，這個(gè)硬件電路包括單片機(jī)電路和小車控制電路，51板硬件電路包含AT89C51最小系統(tǒng)、電源電路、LCD接口電路、蜂鳴器電路等模塊。當(dāng)外界無信號時(shí)，單片機(jī)模塊控制LCD顯示器顯示出當(dāng)前時(shí)間，若接收到來自于語音芯片的脈沖時(shí)，單片機(jī)控制蜂鳴器電路工作，同時(shí)啟動小車控制電路進(jìn)行避障行走。

2.2.1 鬧鐘模塊。時(shí)鐘芯片采用DS1302，它是一款具有高性能、低能耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，用它作為計(jì)時(shí)芯片具有計(jì)時(shí)準(zhǔn)確、耗電量小的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)聲音通過語音芯片轉(zhuǎn)換成脈沖信號傳至主控電路中時(shí)，時(shí)鐘電路通過顯示驅(qū)動MAX7219來驅(qū)動LCD顯示電路顯示時(shí)間，MAX7219是微處理器與LCD數(shù)碼管顯示構(gòu)成的，通過內(nèi)部的BCD譯碼器、多路掃描控制器和自驅(qū)動器和外部的電阻設(shè)置LCD顯示器的字段電流。

2.2.2 小車模塊。本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)為核心控制鬧鐘逃跑時(shí)的智能避障車系統(tǒng)，選定了超聲波-光電接近開關(guān)傳感器作為避障方案，當(dāng)語音信號傳入AT89C51單片機(jī)內(nèi)部處理后，路徑信號傳入I/O口用于小車的運(yùn)動控制決策，內(nèi)部定時(shí)器發(fā)出信號驅(qū)使電機(jī)對智能車進(jìn)行加速、減速和轉(zhuǎn)向控制。在電機(jī)的驅(qū)動方面，我們利用四個(gè)I/O端口分為兩組分別實(shí)現(xiàn)驅(qū)動和轉(zhuǎn)向兩個(gè)電機(jī)的正傳、反轉(zhuǎn)和停止三種狀態(tài)的控制。

3 軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中語音識別工作時(shí)采用的是中斷方式進(jìn)行，首先，對芯片內(nèi)部和語音識別用初始化，完成軟復(fù)位、模式設(shè)定及時(shí)鐘頻率的設(shè)定，以激活內(nèi)部數(shù)據(jù)處理模塊為識別做好準(zhǔn)備，接下來，將識別關(guān)鍵字寫入列表中，每一個(gè)識別條目對應(yīng)一個(gè)特別的編號，每個(gè)識別條目都是由準(zhǔn)普通話的小寫漢語拼音構(gòu)成。最后，當(dāng)聲音通過麥克風(fēng)傳入后，芯片對收集到的信號進(jìn)行特征提取然后與關(guān)鍵字進(jìn)行對比，對比成功后交由單片機(jī)，單片機(jī)通過閥門觸發(fā)小車，小車在直流電機(jī)的驅(qū)動下開始運(yùn)動，同時(shí)小車上的超聲波-光電接近開關(guān)傳感器為前行避障提供了保障。

4 結(jié)論

本文主要介紹了語音芯片在鬧鐘控制和小車控制上的充分應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了通過語音控制鬧鐘的設(shè)定和小車運(yùn)動，在硬件方面，利用單片機(jī)的高速執(zhí)行速度、內(nèi)置的硬件乘法器等為語音處理提供了強(qiáng)大基礎(chǔ)。在軟件方面，采用匯編語言和C語言的編程，語音芯片中豐富的語音資源函數(shù)為編程提供了很大的方便。本設(shè)計(jì)成功實(shí)現(xiàn)了語音控制功能，操作比較簡單。

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