趙人熳，崔 巍，王奕璇

(1.延安大學(xué) 物理與電子信息學(xué)院；2.延安大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 延安 716000)

公共事務(wù)辦公室的工作人員任務(wù)繁雜，必要的外出又造成了來訪辦事人員的等待，所以，常用的語音門鈴已經(jīng)不能滿足辦公場所的需求。因此，針對業(yè)務(wù)繁忙的個人辦公室設(shè)計(jì)一種智能化電子門貼秘書是實(shí)際應(yīng)用的需要。本設(shè)計(jì)不僅能夠以語音控制指令設(shè)置模式以告知客人：主人的去向以及聯(lián)系方式，而且可以在有急事的情況下給主人留言，主人回來后根據(jù)LED錄音指示燈狀態(tài)來判斷是否有客人留言，如有留言則LED錄音指示燈處于點(diǎn)亮狀態(tài)，利用語音控制指令來聽取留言。本裝置可裝貼在室門上以改變普遍門鈴的單一提醒功能，為辦公場所來訪人員減少等待時(shí)間、提高工作和辦事效率提供便利條件。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)可由主人外出前通過語音控制設(shè)置模式，即人在(門鈴)模式、暫時(shí)離開(提請等待)模式、短時(shí)離開(急事留言)模式、長時(shí)外出(聯(lián)系方式告知)模式。通過這四種模式設(shè)置方便了客人與主人的對接與聯(lián)系，使該裝置起到辦公秘書的簡單作用，其有益效果是，可以在主人不在的情況下第一時(shí)間以語音和LCD文字顯示的方式告訴客人：主人的去向或聯(lián)系方式，避免了客人不必要的耗時(shí)等待，提高了辦事效率。

本設(shè)計(jì)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：以低功耗單片機(jī)MSP430F6638為控制芯片，結(jié)合LD3320語音控制芯片以及ISD1760語音存儲芯片，以模塊化原則設(shè)計(jì)一種語音門鈴系統(tǒng)。為了解決錄音和放音相互沖突的情況，使用兩塊ISD1760語音芯片，一塊負(fù)責(zé)存儲提示語音信息，另一塊負(fù)責(zé)存儲客人錄音語音信息。系統(tǒng)主要構(gòu)成有：單片機(jī)控制電路、語音控制電路、語音存儲電路以及按鍵和一些外圍電路組成的門貼式智能化電子秘書[1]。系統(tǒng)總體框圖如下圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)控制模塊、語音存儲電路模塊

系統(tǒng)使用MSP430F6638單片機(jī)來作為核心控制器，連接兩塊ISD1760語音存儲芯片和LCD液晶顯示器。第1塊ISD1760通過FT直通操作模式使用上位機(jī)串口通信方式為ISD1760錄制語音信息，然后利用ISD1760的SPI模式接口和F6638單片機(jī)的同步串行端口連接通信，實(shí)現(xiàn)語音芯片按照主控芯片發(fā)送的指令，讓語音芯片有一定的邏輯播放語音提示信息。第2塊ISD1760主要負(fù)責(zé)留言錄音，同樣使用SPI模式接口與F6638相連，可以錄音60秒。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試，如使用一塊芯片，即存儲提示音信息又存儲客人留言信息，經(jīng)客人錄音次數(shù)、主人擦除次數(shù)過多以后，會導(dǎo)致芯片內(nèi)部存儲的全部語音信息地址混亂，系統(tǒng)將無法工作。

2.2 語音控制電路模塊

由ICRoute公司生產(chǎn)的非特定人語音識別芯片LD3320提供單芯片語音識別技術(shù)方案，是基于“關(guān)鍵詞語列表”的識別技術(shù):ASR(Auto speech recognition)技術(shù)，芯片內(nèi)部包含16-bitAD以及DA、麥克風(fēng)(MIC)接口以及支持SPI通信模式[2]。本設(shè)計(jì)采用主人使用語音控制方式來設(shè)定門鈴工作在哪一種模式并語音控制聽取及擦除留言，通過單片機(jī)F6638設(shè)置“關(guān)鍵詞語列表”，按照本設(shè)計(jì)要求，設(shè)置關(guān)鍵詞語六個即可：“人在”、“暫時(shí)離開”、“短時(shí)離開”、“長時(shí)外出”、“聽取留言”、“擦除留言”。為了使系統(tǒng)待機(jī)時(shí)處于低功耗狀態(tài)，防止意外語音信息誤被LD3320所識別，特設(shè)置一個語音指令按鍵，當(dāng)主人需設(shè)置門鈴工作模式及聽取擦除留言的時(shí)候按下按鍵，LD3320才開始工作,原理圖如圖2所示。

圖2 語音識別原理圖

語音識別芯片完成的工作就是：主人通過MIC輸入的聲音進(jìn)行頻譜分析，提取語音特征并和關(guān)鍵詞語列表中的關(guān)鍵詞語進(jìn)行對比匹配，進(jìn)一步找出得分最高的關(guān)鍵詞語作為識別結(jié)果輸出[3]。通過外部MIC送入語音數(shù)據(jù)流，LD3320芯片內(nèi)部的語音識別芯片通過端點(diǎn)檢測VAD(voice activity detection)檢測出用戶停止說話，把用戶開始說話到停止說話之間的語音數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算分析后，給出識別結(jié)果[4]。將結(jié)果通過SPI傳遞給控制芯片單片機(jī)F6638，從而設(shè)定系統(tǒng)工作于哪一種模式。系統(tǒng)總體電路圖如下圖3所示。

圖3 系統(tǒng)總體電路圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 語音提示音存儲設(shè)計(jì)

通過PC機(jī)錄音軟件ISD1700Ver2.02.exe對第一塊ISD1760(U1)進(jìn)行錄制語音提示信息，除了加入單片機(jī)與PC機(jī)串口通信的程序外，還加入ISD1760中的一些基本操作指令函數(shù)，來實(shí)現(xiàn)放音、錄音、擦除、讀取語音地址等功能，最終獲取所得各段語音信息的起始地址(表1)。

表1 語音提示音地址表

3.2 關(guān)鍵詞語列表寫入程序

使用B-LD3320開發(fā)板以及ICR_DT1.exe軟件進(jìn)行關(guān)鍵詞語列表寫入到LD3320芯片內(nèi)。在如圖4所示拼音文字框中敲入正確的拼音，LD3320芯片對于每條命令的拼音字符串的長度限制為79字節(jié)，但是由于ICR_DT1.exe軟件限制最多可以輸入50組[5]。根據(jù)本設(shè)計(jì)需要，特輸入六組即可：“ren zai”、“zan shi li kai”、“duan shi li kai”、“chang shi wai chu”、“ting qu liu yan”、“ca chu liu yan”，然后點(diǎn)擊“生成數(shù)據(jù)并下載”，下載完畢后，點(diǎn)擊“讀出比較”，這個功能可以對芯片內(nèi)已寫入的關(guān)鍵詞語列表進(jìn)行核對。

圖4 關(guān)鍵詞語列表

3.3 總體程序設(shè)計(jì)

經(jīng)過以上兩步程序設(shè)計(jì)，可以得到一塊存儲語音提示音的ISD1760(U1)，以及LD3320內(nèi)部帶有關(guān)鍵詞列表的語音控制芯片，將為本系統(tǒng)的搭建做出鋪墊。

系統(tǒng)默認(rèn)處于“人在”模式，單片機(jī)F6638循環(huán)檢測“門鈴按鍵”及“語音指令按鍵”。

當(dāng)主人按下語音指令按鍵以啟動LD3320來識別語音信息，LD3320識別語音指令以后，將結(jié)果反饋給單片機(jī)F6638執(zhí)行相應(yīng)控制命令[6]。當(dāng)客人按下“門鈴按鍵”后，單片機(jī)F6638可以向語音芯片ISD1760(U1)發(fā)送7字節(jié)帶有地址的指令，就可以實(shí)現(xiàn)提示音的播放。如：spi_set_opt(0x90,0x0010,0x0035)，它會播放第一段語音信息即“您好，請開門”。當(dāng)主人設(shè)置系統(tǒng)工作模式為“短時(shí)離開”時(shí)，客人如需留言，則客人需長按錄音按鍵，F(xiàn)6638檢測按鍵按下以后啟動ISD1760(U2)進(jìn)行錄音。主人回來后，系統(tǒng)如有錄音則指示燈常亮，主人按下語音指令按鍵后，啟動LD3320開始輸入語音指令，通過語音識別來控制ISD1760(U2)播放及擦除留言[7]。系統(tǒng)軟件流程圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)軟件流程圖

4 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)采用了MSP430F6638作為核心控制器，通過I/O口與語音控制芯片LD3320以及兩塊語音儲存芯片ISD1760使用SPI通信模式進(jìn)行控制連接。實(shí)現(xiàn)了通過語音控制靈活設(shè)置外出模式，從而根據(jù)設(shè)置的模式為客人提供最實(shí)用的處理辦法，極大地方便了辦公，提高了辦事效率。實(shí)驗(yàn)樣機(jī)測試結(jié)果表明，系統(tǒng)的性能與功能性相對穩(wěn)定，但在嘈雜環(huán)境中使用，語音識別會出現(xiàn)無法識別的現(xiàn)象，在后續(xù)的工作中，需優(yōu)化語音識別算法以及硬件電路中加入語音信號去噪等措施。