基于語音識別的智能家電控制系統(tǒng)的設(shè)計

引言

近年來,隨著科技的飛速發(fā)展,語音識別技術(shù)也逐步從實驗室走向市場。語音識別技術(shù)就是將人類語音內(nèi)容轉(zhuǎn)換成可讀的計算機文本或命令,通過與機器的"語音交流",讓其明白且去執(zhí)行人的意圖。它使人類解放了雙手,擺脫了鍵盤或遙控器的束縛,這一獨有的優(yōu)勢勢必會使語音控制技術(shù)迎來更廣闊的應(yīng)用前景。

1硬件方案設(shè)計

1.1硬件總體設(shè)計

本文研究以非特定人語音識別對家電進行相關(guān)控制,通過將語音轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的指令對家電進行控制。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。整個系統(tǒng)的硬件電路包含語音識別電路和家電控制電路,其中語音識別電路是以STC11L08xE為核心對語音進行識別和轉(zhuǎn)換的,家電控制電路部分則是以STC89C52為核心對外設(shè)(如LED燈、風扇、顯示屏)進行控制的。

1.2語音識別電路

1.2.1語音識別原理

語音識別芯片LD3320采用ASR技術(shù),該芯片自帶16位AD/DA轉(zhuǎn)換器和功放電路,麥克風、耳機等聲音輸出設(shè)備可以直接與芯片管腳連接。非特定人語音經(jīng)過MIC送入LD3320之后,語音識別模塊會對接收到的聲音信號進行頻譜分析,并提取出特征信息與事先準備好的關(guān)鍵詞列表中的拼音串進行匹配,將得到的匹配結(jié)果存入相關(guān)寄存器中,由單片機取出匹配的結(jié)果并進行相應(yīng)操作。

1.2.2LD3320語音識別模塊

語音識別模塊的主控芯片為STC11L08xE,內(nèi)置掉電檢測電路、看門狗和EEPRoM功能,具備2個16位定時器、3個時鐘輸出口和1個獨立通用全雙工異步串行口。該模塊還加入了電源轉(zhuǎn)換電路,提供穩(wěn)定的3.3V電壓供模塊使用,同時未被利用的單片機I/o口引出至插排處,方便對外設(shè)直接控制。

語音識別模塊電路圖如圖2所示。

1.3家電控制電路

家電控制電路以STC89C52單片機為核心,通過串行通信獲取來自語音識別模塊的命令,實現(xiàn)對家電系統(tǒng)的控制。具體包含以下幾個模塊:

1.3.1智能燈控制

智能燈的控制是通過改變PwM波占空比來實現(xiàn)的。在程序初始化段設(shè)置了導(dǎo)通占空比的初值,當收到"調(diào)亮燈光"語音指令時,PwM波導(dǎo)通占空比增大,智能燈變亮:反之變暗。為了讓燈光調(diào)節(jié)更加"智能",還加入了光敏傳感器用以檢測環(huán)境光亮度,利用A/D轉(zhuǎn)換讀取編寫判斷程序調(diào)節(jié)燈光變化等級。

1.3.2溫度控制

溫濕度檢測采用DHL11模塊,該模塊能夠?qū)崟r檢測環(huán)境溫濕度,當溫度高于設(shè)定上限值時,配置的風扇會自動打開:另外加入了"打開風扇""關(guān)閉風扇"等常用指令,通過語音能夠隨時進行溫度控制。

1.3.3顯示控制

顯示模塊采用12864顯示屏,該顯示屏支持中文顯示,適用范圍廣。當單片機收到"調(diào)亮燈光"命令時,智能燈會變亮,同時顯示屏上會顯示"智能燈已調(diào)亮,當前燈光亮度為××"字樣,對風扇控制效果亦是如此。

24軟件設(shè)計案

系統(tǒng)軟件主要包括語音識別程序和家電控制程序,語音識別程序主要完成識別模塊的初始化、關(guān)鍵詞添加、語音識別和響應(yīng)中斷,家電控制程序?qū)φZ音識別命令進行配置,用以調(diào)節(jié)亮度、溫度等操作。具體流程如圖3所示。

2.1語音模塊初始化

采用集成設(shè)計LD3320模塊,首先對時鐘頻率、ADC專用控制、DSP模塊和ASR模塊等進行初始化,設(shè)定FⅠFI0Ex上下限并調(diào)整MCT、DSP參數(shù)。

2.2添加拼音串和識別碼

語音識別的結(jié)果依賴于拼音串與識別碼的匹配,外部采集的信號需要先經(jīng)過語音識別器與拼音串相匹配,再通過對應(yīng)的識別碼進行操作。拼音串與識別碼的添加程序如下:

2.3語音識別

語音識別模塊開始工作后,首先關(guān)閉外部中斷,在此期間對ADC增益進行設(shè)置,并調(diào)節(jié)麥克風音量和靈敏度。之后通知DSP開始進行語音識別,打開外部中斷后等待中斷信號產(chǎn)生。

3驗證測試

為了檢測語音識別的效果,本文進行了相關(guān)測試。首先將程序下載到單片機內(nèi),通過串口調(diào)試輸出識別后的文字:然后將識別的正確次數(shù)和正確率記錄下來。實驗結(jié)果表明,語音識別模塊工作穩(wěn)定,識別精度高,對不同人群識別差異較小。當把測試距離由0.1m增加到0.2m時,實驗測試的準確度稍有下降,但識別精度仍然保持在90%以上。

4結(jié)語

語音識別技術(shù)的發(fā)展為語音智能家電控制系統(tǒng)的設(shè)計提供了可行性方案。本文所設(shè)計的語音識別家電控制系統(tǒng)采用一體化語音識別模塊,并在此基礎(chǔ)上通過串行通信單片機對家電進行語音控制,不僅拓展了原有模塊的Ⅰ/O口數(shù)量,而且使硬件功能更加獨立。該語音識別模塊工作穩(wěn)定、識別能力強,通過改變關(guān)鍵詞,能夠完成不同的語音識別,具有操作簡單、可利用場合多的特點。