基于單片機(jī)的室內(nèi)語音識別無線求救設(shè)備*

薛德寬徐勝男黃興洲位浩杰周曠宇陳文娟①

[中國石油大學(xué)(華東)山東 青島266580]

① *中國石油大學(xué)(華東)精品實(shí)驗(yàn)，編號：JS 201415

摘 要：設(shè)計(jì)了一種室內(nèi)語音識別無線求救設(shè)備，其主要包括NRF24L01無線模塊、LD3320語音識別模塊、GSM通信模塊．本設(shè)備工作時，以STM8L152單片機(jī)作為主控芯片，通過NRF24L01無線模塊接收信號，由LD3320語音識別模塊識別求救信號，由GSM通信模塊實(shí)現(xiàn) GSM短信求救功能．

關(guān)鍵詞：語音識別無線求助單片機(jī)

作者簡介：薛德寬(1994-)，男，在讀本科生.

通訊作者：陳文娟(1969-)，女，碩士，高級實(shí)驗(yàn)師，研究方向：儀器管理與制作研究.

收稿日期：(2015-05-22)

隨著我國正式進(jìn)入老齡化社會，老年人群數(shù)量越來越大，且獨(dú)居數(shù)目不占少數(shù)．另外還有許多人患有突發(fā)性疾病，一旦發(fā)作如果得不到及時治療便面臨生命危險(xiǎn)．本設(shè)備基于STM8L152單片機(jī)的室內(nèi)語音識別無線求助設(shè)備正是旨在解決這一問題，創(chuàng)新性地將智能語音識別技術(shù)與無線通信、GSM通信技術(shù)結(jié)合起來，從實(shí)際出發(fā)，在緊急情況下只需動口即可完成向指定人群的求救功能，無需尋找和使用通信裝置．

1技術(shù)原理

1.1NRF24L01無線模塊

NRb24L01無線模塊是2.4G無線信息傳輸模塊，其內(nèi)部集成PCB天線，使用GFSK調(diào)制，工作在2 400～2 483MHz的國際通用ISM頻段，共125個頻點(diǎn),支持2M的高速數(shù)據(jù)傳輸．NRF24L01集成了與RF協(xié)議相關(guān)的高速信號處理功能，包括自動重發(fā)丟失數(shù)據(jù)包和自動產(chǎn)生應(yīng)答信號．其內(nèi)置硬件CRC檢錯和點(diǎn)對多點(diǎn)通信地址控制，數(shù)據(jù)包傳輸錯誤計(jì)數(shù)器及載波檢測功能，可進(jìn)行跳頻設(shè)置．NRF24L01的SPI接口可以利用單片機(jī)的硬件SPI口連接或用單片機(jī)I/O口進(jìn)行模擬，內(nèi)部有FIFO可以與各種高低速微處理器接口，可同時設(shè)置6路接收通道地址，可選擇性地打開接收通道，便于使用低成本單片機(jī)[1]．

1.2LD3320語音識別模塊

芯片內(nèi)部已經(jīng)內(nèi)置了16位A/D轉(zhuǎn)換器、16位D/A轉(zhuǎn)換器和功放電路，不需要外接任何輔助的Flash芯片，RAM芯片和AD芯片，支持并行和串行接口，串行方式可以簡化與其他模塊的連接，麥克風(fēng)可以直接與芯片管腳連接，完成語音采集和識別功能，通過ICRoute公司的優(yōu)化算法，不需要用戶事先訓(xùn)練和錄音，即可完成非特定人語音識別，識別準(zhǔn)確率95%，提供了單芯片語音識別解決方案[2～4]．

1.3GSM通信模塊

1.4STM8L152單片機(jī)

STM8系列單片機(jī)是基于8位框架結(jié)構(gòu)的微控制器，其CPU內(nèi)核有6個內(nèi)部寄存器，通過這些寄存器可高效地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理．STM8系列單片機(jī)的指令集支持80條基本語句及20種尋址模式，而且CPU的6個內(nèi)部寄存器都擁有可尋址的地址．以STM8L152單片機(jī)作為主控芯片，通過SPI和I2C總線控制各項(xiàng)模塊，以實(shí)現(xiàn)智能語音識別求救信號并發(fā)出特定求救短信的功能[6]．另外STM8L系列單片機(jī)具有目前世界上最好之一的保密功能，可對我們的知識產(chǎn)權(quán)(芯片內(nèi)代碼)進(jìn)行有效保護(hù)，以維護(hù)項(xiàng)目成果在市場推廣時遇到的惡性競爭．

2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本設(shè)備采用麥克風(fēng)咪頭收集室內(nèi)語音信號，通過NRb24L01無線模塊把語音信號轉(zhuǎn)化為電信號，并傳送到STM8L152單片機(jī)，在STM8L152單片機(jī)控制下，語音識別模塊進(jìn)行分析和判斷，若判斷是求救信號，單片機(jī)再次接收到語音識別模塊的確認(rèn)信號后，控制GSM通信模塊將之前預(yù)設(shè)好的求救短信發(fā)送給一開始用戶輸入設(shè)置好的手機(jī)號碼上．與此同時，液晶屏顯示出求救事發(fā)時間，喇叭發(fā)出高音量報(bào)警聲，并且每隔半小時提醒一次，直到利用按鍵確認(rèn)后取消報(bào)警，流程圖見圖1．

圖1　設(shè)備工作流程圖

3電路組成

3.1無線信號傳輸電路

本設(shè)備采用NRF24L01芯片組成無線信號傳輸電路，與單片機(jī)I/O的接口電路如圖2所示，CE是模式控制接口，CSN為片選(低電平有效)，SCK為SPI時鐘控制線，MOSI為主出從入數(shù)據(jù)線，MISO為主入從出數(shù)據(jù)線，IRQ是中斷信號[7]．

圖2　 NRF24 L01無線模塊

3.2語音識別電路

語音識別電路采用LD3320芯片，通過1kΩ上拉電阻與STM8L152單片機(jī)I/O連接；控制引腳RDB，wRB，CSB和復(fù)位引腳RSTB以及中斷返回引腳INTB通過10kΩ上拉電阻與STM8L152單片機(jī)I/O連接，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作；發(fā)光二極管D1和D2為復(fù)位后的上電指示燈[8]；為穩(wěn)定麥克風(fēng)的電壓，采用了RC電路，并在MBS引腳加了偏置．

圖3　語音識別電路圖

3.3GSM通信電路

由于鈾尾礦庫含鈾廢水對環(huán)境構(gòu)成的復(fù)雜的污染問題以及Fe0-PRB在處理被污染地下水的種種優(yōu)勢，很多學(xué)者開始研究Fe0-PRB對于含鈾廢水的處理，其中的關(guān)鍵技術(shù)仍然是反應(yīng)介質(zhì)對于目標(biāo)污染物的處理效果，目前大多數(shù)研究集中于以下三種介質(zhì)：零價鐵、納米零價鐵，由零價鐵與其他材料組成的混合介質(zhì).

在發(fā)送求助短信功能上本設(shè)備選取了SIM300模塊發(fā)送短信．SIM300屬于工業(yè)GPRS模塊，工作穩(wěn)定且性能強(qiáng)大，能實(shí)現(xiàn)：短信、彩信收發(fā)；可以直接撥打電話號碼且語音質(zhì)量好；GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸；可直接與PC機(jī)通信；可外接各種單片機(jī)控制此模塊[9，10]．故本項(xiàng)目采用STM8L152控制SIM300模塊發(fā)送求助短信．SIM300模塊通過TXD，RXD，DTR，RTS，CTS和STM8L152單片機(jī)相連接，STM8L152單片機(jī)通過串口發(fā)送AT指令就可以控制SIM300模塊發(fā)送短信．

圖4　 GSM通信電路圖

4結(jié)束語

本設(shè)備利用NRF24L01無線模塊、LD3320語音識別模塊、GSM通信模塊實(shí)現(xiàn)了立即無線求救，解決了傳統(tǒng)需尋找通訊設(shè)備進(jìn)行求救的不便與繁瑣．鑒于目前市場上尚無成熟產(chǎn)品，本設(shè)備具有創(chuàng)新性、全自動化以及實(shí)用性等特點(diǎn)，對智能語音識別技術(shù)的廣泛應(yīng)用具有重要的意義．

參 考 文 獻(xiàn)

1ICRouteLD332X數(shù)據(jù)手冊 2010

2蘇鵬,周風(fēng)余,陳磊，等.基于STM32的嵌入式語音識別模塊設(shè)計(jì).單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2011,11(2):42～45

3金鑫,田犇,闕大順，等.基于LD3320的語音控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn).電腦與信息技術(shù),2011,19(6):22～25

4賈晶.基于STM32的嵌入式語音識別模塊設(shè)計(jì).數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2012(6):152～153

5李果.基于GSM通信的智能脫扣器系統(tǒng)設(shè)計(jì).低壓電器,2012(7):19～22

6陳上挺,謝文彬,游穎敏，等.基于STM8的紅外與超聲波測距儀設(shè)計(jì).電子技術(shù)應(yīng)用,2011,37(9):32～34

7叢林, 楊凱, 胡文東，等. 基于nRF24L01 和STM32-L152RD超低功耗無線通信系統(tǒng).電視技術(shù),2013,37(17):66～69,101

8蘇鵬,周風(fēng)余,陳磊,等.基于STM32的嵌入式語音識別模塊設(shè)計(jì).單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2011,11(2):42～45

9李鴻飛.基于單片機(jī)和SIM300模塊短信互動的實(shí)現(xiàn).科教導(dǎo)刊-電子版(中旬),2014(2):152～152

10舒杰,吳昌宏,張先勇，等.基于GPRS的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電無線遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng).可再生能源,2010,28(1):97～100

WirelessDistressEquipmentofIndoorSpeech

RecognitionBasedonMicrocontroller

XueDekuanXushengnanHuangXingzhouWeiHaojieZhoukuangyuChenWenjuan

(ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao,Shandong266580)

Abstract:A kind of indoor speech recognition wireless distress equipment is designed, which includes NRF24L01 wireless module, LD3320 speech recognition module and GSM communication module.. This equipment uses STMicroelectronics stm8l152 microcontroller as the main control chip, through nRF24L01 wireless module receives the signal, by ld3320 voice recognition module recognizes a distress signal, by the GSM communication module to achieve GSM SMS help function.

Keywords:speechrecognition;wirelesshelp;singlechipmicrocomputer

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