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基于语音识别的逃跑型闹钟

发布时间:2017-12-07 09:11:00 文章来源:未来智讯    
    关键词:单片机;语音识别控制;运动避障
    现在世面上有一种在叫醒过程中能运动的闹钟,迫使人不得不起床关闭闹钟的基础上,加上简单的语音识别功能,使其能与人进行简单的交流,方便人们的生活,最终达到完全叫醒的效果,同时也向智能家居迈进一步。
    本设计从闹钟语音处理入手,使用LD3320语音芯片作为一种微控制器,其内嵌4KB的FLASH和2KB的RAM能够存储所需的数据和程序,再以AT89C51单片机作为核心完成语音控制小车的设计,使之不仅能够具有前进,后退,左转,右转,避障等基本程序控制功能,而且还具备有语音控制功能。
    1 语音控制方案
    单片机语音控制系统设计的思路是应用语音识别技术,由单片机控制其他的外围器件,使其在人们的语音指令下工作。但是对于计算机系统来说,语音识别的难点在于采集和识别信号时因其环境和发声体的不同,具有不确定性、动态性和连续性。本设计采用语音芯片LD3320作为语音采集处理核心,通过和单片机相连实现语音控制闹钟。通过软件设计再加上简易的硬件电路做成的电路,结构简单,操作容易,人机界面友好,且价格低廉。其控制系统示意图如下图1:
    <E:\123456\中小企业管理与科技・下旬刊201509\1-297\207-1.jpg>
    图1 语音控制系统示意图
    工作流程:语音识别模块是通过麦克风采取接收外界的语音命令,对接收到语音进行特征提取后,与原有语音进行对比识别,然后交由单片机处理。
    2 系统硬件设计
    2.1 语音模块 本设计采用了LD3320语音识别芯片和相关控制电路,设计实现了声控闹钟的语音控制系统。由于LD3320芯片集成了语音识别处理器和外部电路,包括AD和DA转换器、麦克风、声音输出等接口,且不需要外接任何的辅助芯片,它最大的好处是识别的关键词语列表是可以任意动态编辑的。
    其工作过程为:当将识别的关键词字符串输入到芯片内部的时候,单片机会对采集到的语音样本进行分析处理,从中提取出语音特征信息,建立一个特征模型,在识别阶段,单片机对采集到的语音样本也进行类似的分析处理,提取出语音的特征信息,然后将这个特征信息模型与已有的特征模型进行对比,如果二者达到了一定的匹配度,则输入的语音被识别。
    语音识别用初始化(包括通用初始化)→写入识别列表→开始识别,并准备好中断响应函数,打开中断允许位。
    2.2 单片机模块 本设计采用AT89C51单片机,设置LCD显示、蜂鸣器等作为外围电路,利用它高性能、高速度、体积小等特点,避免了元器件种类、个数繁多而引起的硬件电路结构过于复杂,这个硬件电路包括单片机电路和小车控制电路,51板硬件电路包含AT89C51最小系统、电源电路、LCD接口电路、蜂鸣器电路等模块。当外界无信号时,单片机模块控制LCD显示器显示出当前时间,若接收到来自于语音芯片的脉冲时,单片机控制蜂鸣器电路工作,同时启动小车控制电路进行避障行走。
    2.2.1 闹钟模块。时钟芯片采用DS1302,它是一款具有高性能、低能耗、带RAM的实时时钟,用它作为计时芯片具有计时准确、耗电量小的优点。当声音通过语音芯片转换成脉冲信号传至主控电路中时,时钟电路通过显示驱动MAX7219来驱动LCD显示电路显示时间,MAX7219是微处理器与LCD数码管显示构成的,通过内部的BCD译码器、多路扫描控制器和自驱动器和外部的电阻设置LCD显示器的字段电流。
    2.2.2 小车模块。本设计采用AT89C51单片机为核心控制闹钟逃跑时的智能避障车系统,选定了超声波-光电接近开关传感器作为避障方案,当语音信号传入AT89C51单片机内部处理后,路径信号传入I/O口用于小车的运动控制决策,内部定时器发出信号驱使电机对智能车进行加速、减速和转向控制。在电机的驱动方面,我们利用四个I/O端口分为两组分别实现驱动和转向两个电机的正传、反转和停止三种状态的控制。
    3 软件设计
    本设计中语音识别工作时采用的是中断方式进行,首先,对芯片内部和语音识别用初始化,完成软复位、模式设定及时钟频率的设定,以激活内部数据处理模块为识别做好准备,接下来,将识别关键字写入列表中,每一个识别条目对应一个特别的编号,每个识别条目都是由准普通话的小写汉语拼音构成。最后,当声音通过麦克风传入后,芯片对收集到的信号进行特征提取然后与关键字进行对比,对比成功后交由单片机,单片机通过阀门触发小车,小车在直流电机的驱动下开始运动,同时小车上的超声波-光电接近开关传感器为前行避障提供了保障。
    4 结论
    本文主要介绍了语音芯片在闹钟控制和小车控制上的充分应用,实现了通过语音控制闹钟的设定和小车运动,在硬件方面,利用单片机的高速执行速度、内置的硬件乘法器等为语音处理提供了强大基础。在软件方面,采用汇编语言和C语言的编程,语音芯片中丰富的语音资源函数为编程提供了很大的方便。本设计成功实现了语音控制功能,操作比较简单。
    参考文献:
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