徐國(guó)成

摘 要：本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)，是基于LD3320語(yǔ)音識(shí)別芯片的非特定人識(shí)別的功能而設(shè)計(jì)的，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制設(shè)計(jì)了了兩級(jí)語(yǔ)音指令來(lái)控制，控制電位器打開(kāi)與關(guān)閉，進(jìn)而來(lái)控制與之相連的電器，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)發(fā)出語(yǔ)音指令后精確控制電器開(kāi)、關(guān)的功能，可以給我們的生活帶來(lái)極大的便利。

關(guān)鍵詞：語(yǔ)音識(shí)別;單片機(jī)

0 引言

語(yǔ)音處置和分辨技術(shù)始于1950年以后，經(jīng)過(guò)70年科研人員的不斷摸索和鉆研，已趨于成熟，從孤立、單一詞組的識(shí)別到非固定人、大詞匯量的連續(xù)語(yǔ)音識(shí)別甚至固定人的語(yǔ)音識(shí)別，一系列的創(chuàng)新使得人類(lèi)與計(jì)算機(jī)之間的溝通橋梁增加了一個(gè)人類(lèi)語(yǔ)音。近年來(lái)，作為直接有效的人與機(jī)器之間的交互方式，語(yǔ)音識(shí)別在工業(yè)制造過(guò)程、現(xiàn)代化居家生活和醫(yī)療衛(wèi)生體系等方面應(yīng)用逐漸增加，在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中，具有很高研究?jī)r(jià)值及發(fā)展?jié)摿Α?/p>

讓機(jī)械理解聽(tīng)懂人類(lèi)的聲音，這是我們長(zhǎng)期以來(lái)求之不得的事情。語(yǔ)音識(shí)別是一個(gè)復(fù)雜有深度的學(xué)科，涉及到多學(xué)科、多領(lǐng)域的研究分析，語(yǔ)音識(shí)別的發(fā)展與其他領(lǐng)域密不可分，依賴(lài)于眾多領(lǐng)域上的研究成果。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)就是讓機(jī)器通過(guò)分辨和聽(tīng)懂人們的語(yǔ)言，把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的機(jī)械動(dòng)作或者指令的一種高新技術(shù)。

語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的分類(lèi)方式及依據(jù)是根據(jù)對(duì)說(shuō)話(huà)人說(shuō)話(huà)方式的要求，可以大致分為兩類(lèi)，一類(lèi)是：?jiǎn)蝹€(gè)字（詞）語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)，另一類(lèi)是：多個(gè)字語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)，以及多個(gè)詞組語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)。深一步可以分為兩個(gè)方向：一是根據(jù)對(duì)說(shuō)話(huà)人的關(guān)聯(lián)程度可以劃分為固定人和非固定人語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng);二是根據(jù)字詞數(shù)量的多少，可以分為小詞組系統(tǒng)、中等詞組系統(tǒng)、大詞組系統(tǒng)，以及無(wú)限詞組系統(tǒng)。不同的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)，每種系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式可能不一樣，單是所用的基礎(chǔ)處理方式大致都一樣。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

此次設(shè)計(jì)制作的語(yǔ)音控制系統(tǒng)，語(yǔ)音識(shí)別部分核心原件使用的LD3320芯片，控制系統(tǒng)的單片機(jī)用的是STC89C52單片機(jī)。通過(guò)主控單片機(jī)控制LD3320語(yǔ)音芯片內(nèi)部寄存器以此達(dá)到實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別控制的效果。通過(guò)聲音采集器將聲音信息采集傳送到LD3320進(jìn)行頻譜解析，解析后將獲取到的語(yǔ)音特點(diǎn)和自定義的識(shí)別詞組列表中的關(guān)鍵詞組進(jìn)行對(duì)比匹配，找出關(guān)鍵詞組作為語(yǔ)音識(shí)別結(jié)果輸出給主控單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)不同的語(yǔ)音輸入情況改變P1端口的電頻實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的智能控制。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 控制模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主控單元采用是STC89C52型單片機(jī)。與其他單片機(jī)相比STC89C52具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，且I/O口控制靈活。

2.2 語(yǔ)音識(shí)別模塊設(shè)計(jì)

采用LD3320 芯片作為語(yǔ)音識(shí)別芯片，該芯片之所以不需要接外部存儲(chǔ)設(shè)備，是因?yàn)樗鼉?nèi)部已經(jīng)集成了大量的簡(jiǎn)便算法，識(shí)別起來(lái)快速并且穩(wěn)定性很高，因此廣受設(shè)計(jì)者的使用，在完成非特定人的語(yǔ)音識(shí)別時(shí)，使用LD3320芯片就不需要使用者在使用前來(lái)錄取聲音作為標(biāo)本，語(yǔ)音識(shí)別率波動(dòng)性一直都較小，誤差率要比較低。

2.3語(yǔ)音識(shí)別原理

語(yǔ)音識(shí)別主要原理是：先分析語(yǔ)音特征，建立起合理的需要識(shí)別的語(yǔ)言模型，再將這些模型轉(zhuǎn)化為語(yǔ)音指令詞語(yǔ)列表，寫(xiě)入LD3320芯片內(nèi)，然后通過(guò)聲音采集器獲取語(yǔ)音特征樣本，將采集到的聲音信號(hào)送入芯片內(nèi)部，然后芯片將收到的信息進(jìn)行分析，提取特征，并根據(jù)它內(nèi)部的特殊算法和編輯好的關(guān)鍵詞列表一一匹配，將匹配結(jié)果一串口的形式發(fā)給單片機(jī)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)初始化

在開(kāi)始識(shí)別之前，需要你對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化操作。接通好電源后，給單片機(jī)提供電源，程序開(kāi)始執(zhí)行，調(diào)用初始化函數(shù)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化處理，然后指示燈是否正常量滅，以此來(lái)驗(yàn)證單片機(jī)是否工作。緊接著對(duì)LD3320其進(jìn)行初始化，再對(duì)串口進(jìn)行初始化，設(shè)置語(yǔ)音模塊寄存器對(duì)其識(shí)別指令、ASR進(jìn)行初始化操作。

3.2 指令設(shè)置

為降低其他音源影響，減小識(shí)別誤差，本系統(tǒng)使用兩級(jí)指令進(jìn)行控制。在程序中定義多個(gè)維度的數(shù)組的寫(xiě)入我們需要識(shí)別的關(guān)鍵詞，設(shè)置開(kāi)始時(shí)的語(yǔ)音指令為“智能家居”，第二次語(yǔ)音指令為“開(kāi)燈”、“關(guān)燈”，“開(kāi)空調(diào)”、“關(guān)空調(diào)”、“開(kāi)窗簾”、“關(guān)窗簾”、“開(kāi)電視”、“關(guān)電視”等;所有的指令，都是以漢字拼音的方式添加數(shù)組中，作為識(shí)別關(guān)鍵字，例如添加“智能家居”命令，則寫(xiě)入其漢字拼音“zhi neng jia ju”，漢字拼音之間需要用空格隔開(kāi)。當(dāng)語(yǔ)音模塊采集到語(yǔ)音指令“智能家居”時(shí)，提示燈閃爍一下，表示采集到聲音，然后接收到語(yǔ)音指令“開(kāi)空調(diào)”時(shí)，空調(diào)自動(dòng)打開(kāi)，接收語(yǔ)音指令“關(guān)空調(diào)”時(shí)，空調(diào)自動(dòng)關(guān)閉。

3.3 中斷處理

當(dāng)語(yǔ)音模塊采集到音頻信號(hào)時(shí)，返回語(yǔ)音模塊內(nèi)部寄存器的識(shí)別狀態(tài)碼，進(jìn)入到單片機(jī)中斷處理函數(shù)，開(kāi)始執(zhí)行識(shí)別驗(yàn)證，如果讀取到的識(shí)別狀態(tài)碼在寄存器中有相應(yīng)的存儲(chǔ)值與其匹配，那么可以認(rèn)為語(yǔ)音指令正確，將數(shù)據(jù)通過(guò)串口串口傳送給主控單片機(jī)，單片機(jī)接收到語(yǔ)音模塊的信號(hào)后控制相應(yīng)的引腳進(jìn)行高低電平輸出，進(jìn)而控制燈泡量滅。

4 系統(tǒng)測(cè)試

4.1? 綜合調(diào)試

把硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行整合，對(duì)期間出現(xiàn)的故障進(jìn)行排除，使兩者融合，實(shí)現(xiàn)完整的系統(tǒng)功能。選取了不同的人來(lái)進(jìn)行測(cè)試，以此來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)的對(duì)非特定人的語(yǔ)音識(shí)別效果，判定系統(tǒng)功能的穩(wěn)定性，每個(gè)人都進(jìn)行了20次測(cè)試，本語(yǔ)音識(shí)別對(duì)于非特定人的識(shí)別誤差率控制在10%以?xún)?nèi)，識(shí)別正確率達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期要求。

5 結(jié)論

本語(yǔ)音識(shí)別控制系統(tǒng)用的是價(jià)格較低廉LD3320語(yǔ)音識(shí)別芯片作為識(shí)別主要部件而設(shè)計(jì)、制作的。芯片LD3320擁有強(qiáng)大的非特定人語(yǔ)音識(shí)別能力，能夠?qū)崟r(shí)修改編寫(xiě)識(shí)別詞組列表，使用者只需要把要識(shí)別的語(yǔ)音關(guān)鍵字的拼音，寫(xiě)入到LD3320芯片就可以進(jìn)行識(shí)別。某種意義上說(shuō)做到了單個(gè)芯片的語(yǔ)音識(shí)別，大量的語(yǔ)音識(shí)別搜索引擎以及海量的語(yǔ)音記錄都被集成在芯片里面，內(nèi)部配置完整高效的模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，用52級(jí)別的單片機(jī)采用并口連接的方式與LD3320相連，就可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別功能。

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