蘇智華

（西安歐亞學(xué)院 陜西 西安710065）

語(yǔ)音電子開(kāi)關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蘇智華

（西安歐亞學(xué)院 陜西 西安710065）

為了實(shí)現(xiàn)高安全性的身份認(rèn)證的需求，提出了一種基于生物特征識(shí)別的身份認(rèn)證方式。本文主要介紹了利用單片機(jī)進(jìn)行控制，LD3320語(yǔ)音識(shí)別芯片與SYN6288語(yǔ)音合成芯片以及ISD4004語(yǔ)音錄放芯片構(gòu)建的語(yǔ)音電子開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)方法，該系統(tǒng)是語(yǔ)音識(shí)別和電子密碼鎖技術(shù)相結(jié)合的一種方式，可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音及密碼開(kāi)鎖、防止多次試探報(bào)警、智能修改密碼等功能。以單片機(jī)為核心并結(jié)合語(yǔ)音控制模塊的密碼鎖，不僅具有較強(qiáng)的隱蔽性、保密性、控制內(nèi)容多等特定，其響應(yīng)速度更快，抗干擾能力強(qiáng)，功耗及成本均較低。

語(yǔ)音識(shí)別；語(yǔ)音合成；語(yǔ)音錄放；MCU

目前，傳統(tǒng)口令式身份認(rèn)證因單因子的軟件認(rèn)證方式導(dǎo)致其抗猜測(cè)攻擊性差、安全性較差，而基于生物特征識(shí)別的身份認(rèn)證技術(shù)的日趨成熟、以及高安全性，已逐步替代傳統(tǒng)的認(rèn)證方式[1]。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，以單片機(jī)為中心控制部件、語(yǔ)言識(shí)別的電子開(kāi)關(guān)系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。

1 系統(tǒng)總體方案

語(yǔ)音電子開(kāi)關(guān)系統(tǒng)是以AT89C51單片機(jī)為控制核心，另外主要由鍵盤(pán)輸入、密碼存儲(chǔ)、狀態(tài)指示、語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音合成、語(yǔ)音錄放、密碼顯示、電源電路等部分組成。該系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)可以識(shí)別5個(gè)語(yǔ)音輸入，語(yǔ)音識(shí)別正確后能自動(dòng)開(kāi)鎖，且對(duì)5個(gè)語(yǔ)音輸入給出5種不同的語(yǔ)音回答。語(yǔ)音輸入經(jīng)過(guò)訓(xùn)練學(xué)習(xí)后就可以識(shí)別驗(yàn)證了，識(shí)別正確可以產(chǎn)生相應(yīng)的輸出送單片機(jī)處理。系統(tǒng)在語(yǔ)言不能正確識(shí)別時(shí)，也可以通過(guò)行列式鍵盤(pán)輸入密碼：初始密碼需預(yù)先寫(xiě)入具有I2C總線的EEPROM存儲(chǔ)器AT24C02C中。通電復(fù)位后，系統(tǒng)等待用戶輸入密碼。單片機(jī)將輸入的密碼與從ATC2402C中讀出的密碼進(jìn)行比較判斷。如果輸入的密碼正確，則開(kāi)鎖指示燈亮，表明鎖開(kāi)；如果密碼不正確，則發(fā)出錯(cuò)誤指示，允許用戶重新輸入密碼，最多可輸入3次；如果3次都不正確，則就會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)將鍵盤(pán)鎖定。只有在開(kāi)鎖狀態(tài)下，才可以修改密碼。開(kāi)鎖后若要重新上鎖，按下上鎖鍵即可。

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件結(jié)構(gòu)主要包含兩大模塊：數(shù)字存儲(chǔ)密碼鎖；語(yǔ)音識(shí)別模塊與語(yǔ)音合成、錄放模塊。具體為以下幾部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)及其外圍電路；狀態(tài)指示與報(bào)警電路；外部存儲(chǔ)器電路；鍵盤(pán)接口電路；語(yǔ)音模塊電路；門(mén)鎖電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；液晶顯示電路。

在本系統(tǒng)中，單片機(jī)AT89C51的32根輸入/輸出口線分配如下：P0.0～P0.7的 8個(gè) I/0口線和P3.2～P3.4用于液晶顯示器的端口相連；P3.6和P3.7的 2根 I/0口線用于接 AT24C01；P2.0～P2.3和P2.4～P2.7的8根I/0口線用于組成4×4的行列式鍵盤(pán)接口；為了保證用戶密碼和程序運(yùn)行過(guò)程的重要標(biāo)志在系統(tǒng)掉電時(shí)不丟失，本系統(tǒng)采用具有標(biāo)準(zhǔn)I2C總線的EEPROM AT24C02來(lái)保存這些數(shù)據(jù)。在單片機(jī)的外圍電路中設(shè)置了功能按鍵，包括錄放撥動(dòng)開(kāi)關(guān)SW1、運(yùn)行開(kāi)關(guān)、停止按鍵及錄放指示燈D1，分別與單片機(jī)的P1.4、P1.5、P1.6和P1.7管腳相連，如圖2所示。

圖2 單片機(jī)、功能鍵、顯示及外部密碼存儲(chǔ)電路

LD3320是基于非特定人語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的語(yǔ)音識(shí)別芯片，芯片上集成了高精度的A/D和D/A接口，不再需要外接輔助的Flash和RAM，即可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別、聲控、人機(jī)對(duì)話功能。并且，識(shí)別的關(guān)鍵詞語(yǔ)列表是可以動(dòng)態(tài)編輯的。因此，在最簡(jiǎn)單的51主控芯片的系統(tǒng)中，LD3320可輕松實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別/聲控/人機(jī)對(duì)話功能。LD3320的T/I02引腳連接單片機(jī)P3.0/RXD引腳，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音數(shù)據(jù)傳輸。

圖3 LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊、SYN6288語(yǔ)音合成模塊

SYN6288中文語(yǔ)音合成芯片通過(guò)異步串口接收待合成的文本，實(shí)現(xiàn)文本到聲音 （TTS）的轉(zhuǎn)換。SYN6288的BUSY引腳連接單片機(jī)P3.5引腳，實(shí)現(xiàn)SYN6288工作狀態(tài)的判斷，

R引腳連接單片機(jī)P3.1/TXD引腳，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音數(shù)據(jù)傳輸。LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊和SYN6288語(yǔ)音合成模塊如圖3所示。

語(yǔ)音錄放電路設(shè)計(jì)中：第一，作為語(yǔ)音播報(bào)，編程錄入的只放型和掩膜生產(chǎn)的只放型都不符合錄音的需求；第二，作為核心芯片，它具有斷電保護(hù)功能，完全斷電也能保存信息一百年以上；第三，聲音記錄不需要A/D轉(zhuǎn)換和壓縮，所需外圍電路簡(jiǎn)單；第四，ISD4004具有記錄時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。在51單片機(jī)控制的語(yǔ)音控制系統(tǒng)中，想要對(duì)多個(gè)不同語(yǔ)音輸入進(jìn)行處理，美國(guó)ISD公司的ISD4004符合語(yǔ)音合成播放電路的設(shè)計(jì)要求。ISD4004不能獨(dú)立進(jìn)行錄放工作，需采用SPI總線方式與單片機(jī)連接，通過(guò)數(shù)據(jù)端MOSI、MISO、時(shí)鐘端SCLK、片選段與單片機(jī)相連，ISD4004錄放電路如圖4所示。通過(guò)軟件控制，就可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄放系統(tǒng)。

圖4 ISD4004語(yǔ)音錄放模塊

3 軟件設(shè)計(jì)

本軟件設(shè)計(jì)部分主要是由主控程序、鍵盤(pán)子程序、語(yǔ)音識(shí)別子程序、語(yǔ)音合成子程序、密碼初始化程序、延時(shí)子程序、修改密碼子程序、鍵盤(pán)掃描輸入子程序、液晶顯示子程序組成。ISD4004工作于SPI串行接口，對(duì)于ISD4004系統(tǒng)主程序如圖5所示。

系統(tǒng)軟件對(duì)語(yǔ)音識(shí)別的監(jiān)測(cè)可發(fā)現(xiàn)是否有正確的語(yǔ)音信號(hào)輸入，當(dāng)利用語(yǔ)音開(kāi)鎖時(shí)，調(diào)用語(yǔ)音合成子程序，判斷接受數(shù)據(jù)是否與發(fā)送數(shù)據(jù)相符。當(dāng)識(shí)別正確時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入外部中斷，單片機(jī)控制開(kāi)鎖，回應(yīng)語(yǔ)音信息。系統(tǒng)也可以直接輸入5位的電子密碼開(kāi)鎖，初始密碼設(shè)置程序是將5位的初始密碼寫(xiě)入到AT24C02中的控制程序。在此將初始密碼設(shè)置為00000。它對(duì)輸入的5位十進(jìn)制密碼進(jìn)行判別，如果輸入密碼正確，則可以直接開(kāi)鎖或修改密碼之后開(kāi)鎖。如果不正確，并且3次以上輸入不正確，則發(fā)出報(bào)警并封鎖輸入口。

圖5 系統(tǒng)主程序

4 結(jié) 論

該系統(tǒng)是用語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)和電子密碼技術(shù)兩者結(jié)合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案而設(shè)計(jì)出的一種語(yǔ)音電子開(kāi)關(guān)系統(tǒng)。采用LD3320語(yǔ)音識(shí)別芯片與SYN6288語(yǔ)音芯片以及ISD4004語(yǔ)音錄放芯片建立語(yǔ)音系統(tǒng)，對(duì)語(yǔ)音信息進(jìn)行組合。在硬件調(diào)試過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了密碼開(kāi)鎖、防止多次試探報(bào)警、智能修改密碼等功能，而且控制內(nèi)容多，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，有較強(qiáng)的隱蔽性，保密性。系統(tǒng)可以直接用于家庭、單位等場(chǎng)合的做門(mén)鎖控制，也可提取語(yǔ)音的錄放部分制作成公交車站運(yùn)行情況語(yǔ)音實(shí)時(shí)播報(bào)以及電梯運(yùn)行語(yǔ)音播報(bào)等等。也可添加雙重密碼控制，增加電子開(kāi)關(guān)的安全性。

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The design of voice electronic switching system

SU Zhi-hua
（Xi'an Eurasia University，Xi'an 710065，China）

In order to realize the requirement of high security authentication，this method is proposed based on biometric identification.This paper mainly introduces the use of single-chip control，chip LD3320 and voice SYN6288 synthesis chip and ISD4004 voice recording chip to construct electronic voice switching system software and hardware design method，the system is a way of combining the technology of speech recognition and electronic password lock，can realize voice and unlock password，prevent many test alarm， intelligent to modify the password function.Based on single-chip microcomputer as the core and combined with the voice control module of the password lock，not only has strong concealed，confidentiality，control content and specific，the response speed is faster，strong anti-interference ability，power consumption and costs were lower.

speech recognition；speech synthesis；voice recording；MCU

TN92

：A

：1674－6236（2017）05-0162-03

2016-03-31稿件編號(hào)：201603415

蘇智華（1977—），女，河南孟縣人，碩士，講師。研究方向：?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù)。