范將軍

【摘 要】本系統(tǒng)以STM32F103單片機(jī)為主控制器，通過(guò)YQ2208語(yǔ)音識(shí)別模塊對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，單片機(jī)讀取識(shí)別結(jié)果后通過(guò)無(wú)線通訊模塊傳輸所接外設(shè)節(jié)能燈進(jìn)行直接控制或?qū)⒖刂浦噶钔ㄟ^(guò)路由器以無(wú)線方式傳輸?shù)狡渌鼏纹瑱C(jī)模塊對(duì)其它節(jié)能燈以及家電進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)家居智能化。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的語(yǔ)音識(shí)別迅速高效，方便用戶通過(guò)語(yǔ)音方式對(duì)家中照明燈進(jìn)行無(wú)線控制，可以滿足用戶夜間行動(dòng)及老人和行動(dòng)不便人士的日常需要。

【關(guān)鍵詞】STM32F103 YQ2208語(yǔ)音識(shí)別模塊;無(wú)線傳輸;智能控制

中圖分類號(hào)： TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）05-0054-003

0 引言

語(yǔ)言交流是人類與外界最有效、最便捷的一種途徑?，F(xiàn)如今，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等日益成熟，人類社會(huì)邁進(jìn)智能生活新時(shí)代。因此，把家居生活中的照明系統(tǒng)接入智能控制系統(tǒng)必不可少，使得用戶生活高效、迅速。語(yǔ)音識(shí)別芯片是人們之間進(jìn)行信息交換最直接、最普及和最有效的工具，同時(shí)也是人機(jī)之間進(jìn)行通信的重要工具。將語(yǔ)音控制系統(tǒng)和照明系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，會(huì)給人們生活帶來(lái)極大方便，例如夜晚中不需要再黑暗中尋找照明開(kāi)關(guān)，不需要在寒冷的冬天起床關(guān)燈。如果使用智能新型節(jié)能燈，這些問(wèn)題都會(huì)迎刃而解。

本文設(shè)計(jì)的智能新型節(jié)能燈是基于YQ2208語(yǔ)音識(shí)別模塊具有識(shí)別非特定人聲功能的聲控節(jié)能燈，采用模式匹配的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別功能。其功能為達(dá)到不同用戶發(fā)出語(yǔ)音指令后都能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制照明燈燈開(kāi)關(guān)的功能的目的，從而為人們的生活帶去方便。

1 語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)原理及模塊設(shè)計(jì)

1.1 語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)原理

想要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別功能需要一定的基本過(guò)程，根據(jù)不同的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)識(shí)別對(duì)象的要求不同，語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)大致分為兩部分：對(duì)特定人聲的識(shí)別與非特定人聲的識(shí)別。特定人聲識(shí)別語(yǔ)音系統(tǒng)是指系統(tǒng)中訓(xùn)練和存儲(chǔ)的是特定人聲的信號(hào)，只能識(shí)別出特定人發(fā)出的語(yǔ)音信號(hào)，而其他人的語(yǔ)音不能識(shí)別;非特定人聲識(shí)別系統(tǒng)是指訓(xùn)練和識(shí)別的對(duì)象為所有人。這兩種不同系統(tǒng)相比之下實(shí)現(xiàn)非特定人聲識(shí)別的難度更大。本文介紹的智能新型節(jié)能燈采用短語(yǔ)、非特定人聲的識(shí)別技術(shù)，其基本原理如圖1所示。系統(tǒng)的基本原理為：首先將通過(guò)麥克風(fēng)收集到的嘈雜語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，例如去噪、濾波、放大等，然后通過(guò)端點(diǎn)檢測(cè)，將收集到的語(yǔ)音信號(hào)中有效的成分進(jìn)行特征提取。在首次使用該語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)時(shí)需要對(duì)該指令的進(jìn)行訓(xùn)練、存儲(chǔ)等。訓(xùn)練和存儲(chǔ)的過(guò)程需要逐字節(jié)提取語(yǔ)音信號(hào)的特征，并將生成的語(yǔ)音命令模板存儲(chǔ)在STM32的RAM中。再次進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別時(shí)，將識(shí)別并提取的語(yǔ)音信號(hào)與存儲(chǔ)于STM32中的模板相對(duì)比，如果與模板信號(hào)相適應(yīng)，則進(jìn)一步對(duì)繼電器驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送控制信號(hào)。[1-3]

1.2 語(yǔ)音識(shí)別模塊設(shè)計(jì)

語(yǔ)音識(shí)別過(guò)程處理過(guò)程如圖2所示。

2 系統(tǒng)硬件組成

2.1 主控制器模塊

單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，其作用看似一個(gè)人的大腦，相對(duì)于不同的系統(tǒng)、不同的環(huán)境所選擇的單片機(jī)型號(hào)也有所差別。本文設(shè)計(jì)的智能語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)，采用意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的STM32F103系列芯片，主要用于嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的處理器。高性能的“Cortex-M3”內(nèi)核，最大的集成復(fù)位電路、低電壓檢測(cè)、調(diào)壓器、精確的RC振蕩器等，功耗低在72MHz時(shí)消耗36mA（所有外設(shè)處于工作狀態(tài)），待機(jī)時(shí)下降到2μA，能夠適應(yīng)智能控制，高速通信，強(qiáng)干擾等場(chǎng)合，其體積小易開(kāi)發(fā)等優(yōu)點(diǎn)是選擇該款處理器時(shí)主要是考慮到的因素。

2.2 語(yǔ)音識(shí)別模塊

YQ2208語(yǔ)音識(shí)別芯片是一個(gè)基于非特定人語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的語(yǔ)音識(shí)別芯片。該芯片集成了語(yǔ)音識(shí)別處理器和一些外設(shè)，包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)化器、聲音輸出接口、麥克風(fēng)等，該語(yǔ)音識(shí)別芯片可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別、聲控和人機(jī)對(duì)話功能。YQ2208語(yǔ)音識(shí)別芯片完成非特定人語(yǔ)音識(shí)別，每次識(shí)別最多可以設(shè)置50項(xiàng)候選指令，每個(gè)指令可以是短句或詞組。[5]

2.3 無(wú)線傳輸模塊

nRF24L01是由NORDIC公司生產(chǎn)的一款無(wú)線通訊芯片，工作在2.4GHz到2.5GHz的ISM 頻段，采用FSK調(diào)制，內(nèi)部集成自己公司的ESB（Enhanced Short Burst）協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信或1對(duì)6的無(wú)線通信。無(wú)線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型模式控制器、晶體振蕩器、功率放大器、解調(diào)器和調(diào)制器。該款芯片無(wú)論在掉電模式或待機(jī)模式下電流消耗非常低，十分節(jié)能。容易與單片機(jī)相連接，并完成無(wú)線數(shù)據(jù)傳送工作。非常適合用于本系統(tǒng)的無(wú)線通訊功能。[7]

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)主要功能模塊初始化及相關(guān)函數(shù)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)在Keil軟件上進(jìn)行開(kāi)發(fā)，以C語(yǔ)言為基礎(chǔ)，調(diào)用ARM公司提供的基礎(chǔ)函數(shù)庫(kù)建立工程。在程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中，以簡(jiǎn)潔和實(shí)用為目標(biāo)，使得整個(gè)系統(tǒng)程序所占用的內(nèi)存空間最小。系統(tǒng)程序包括主函數(shù)、初始化函數(shù)、用戶自定義函數(shù)、中斷函數(shù)和語(yǔ)音識(shí)別模塊初始化及識(shí)別處理函數(shù)，函數(shù)具體名稱和作用如下所示。

（1）STM32初始化函數(shù) ：void STM_init（）

STM初始化：包括時(shí)鐘初始化、GPIO初始化、TIMER初始化、外設(shè)初始化、中斷初始化、ADC初始化等。

（2）用戶自定義函數(shù) ：void User_write（uint8 date）

作用 ：識(shí)別結(jié)果成功后，傳輸?shù)絪tm32進(jìn)行之后的處理。

（3）中斷函數(shù) ：void ExtInt1Handler（void） interrupt 1

作用：對(duì)YQ2208的中斷請(qǐng)求進(jìn)行處理。

（5）YQ2208初始化函數(shù) ：void YQ_Init（）

作用：YQ 模塊命令初始化。

（6）YQ2208_ASR 功能初始化函數(shù)：void YQ_ASR_Init（）

作用：YQ 模塊 ASR 功能初始化。

（7）執(zhí)行ASR識(shí)別處理函數(shù)： uint8 RunASR（void）

作用：運(yùn)行ASR識(shí)別流程。

3.2 系統(tǒng)程序流程框圖

語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)單片機(jī)程序流程圖如圖3所示。

4 系統(tǒng)測(cè)試

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)以方便易操作為目標(biāo)，在系統(tǒng)測(cè)試時(shí)，該智能新型節(jié)能燈系統(tǒng)只需要以“SUNNY”為喚醒口令， 每次識(shí)別時(shí)必須先觸發(fā)喚醒口令，才能執(zhí)行操作口令，如臥室開(kāi)暖光燈、臥室開(kāi)白光燈、臥室關(guān)燈、大廳開(kāi)白光燈、大廳關(guān)燈等。系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)，麥克風(fēng)說(shuō)“SUNNY”喚醒口令，指示燈閃爍亮燈后，再對(duì)著麥克風(fēng)說(shuō) ：“臥室開(kāi)暖光燈”操作口令則繼電器控制臥室燈亮。

目前該語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)能識(shí)別的操作口令有7個(gè)：分別是臥室關(guān)燈、臥室開(kāi)暖光燈、臥室開(kāi)白光燈、客廳開(kāi)白光燈、大廳開(kāi)暖光燈、大廳關(guān)燈和“關(guān)閉所有”。實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以根據(jù)具體需要增加相應(yīng)的控制節(jié)點(diǎn)及操作口令。[4]

5 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)在，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的日趨成熟，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用逐漸普及。本文介紹的基于YQ2208芯片的非特定人聲語(yǔ)音識(shí)別智能新型節(jié)能燈程序功能設(shè)計(jì)較為完善，硬件模塊選型合理，可搭配相關(guān)軟件操作，具有系統(tǒng)識(shí)別率高，容錯(cuò)率好，容易集成，可靠性高等，理想的實(shí)現(xiàn)了對(duì)非特定人聲控制節(jié)能燈開(kāi)關(guān)的目的，在智能化，科技化的生活中具有廣泛的應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

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