基于東軟載波單片機(jī)語音識(shí)別技術(shù)在智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用

摘 要：隨著科技的發(fā)展，語音互動(dòng)增加了智能家居體驗(yàn)樂趣。文章以東軟載波單片機(jī)HR7P194為處理中心，利用LD3320語音識(shí)別芯片識(shí)別人的語音，根據(jù)命令控制家居中各種設(shè)備。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：HR7P194單片機(jī)性能穩(wěn)定，LD3320識(shí)別率高，此語音識(shí)別方案具有較高的識(shí)別率和實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：語音識(shí)別；智能家居；HR7P194單片機(jī)

前言

隨著科技的發(fā)展，語音交互逐步走了進(jìn)人們的生活中。例如蘋果手機(jī)中Siri和Win10系統(tǒng)中小娜都已被人們所熟悉，小米語音識(shí)別遙控器也給智能家居帶來新體驗(yàn)?？紤]到智能語音識(shí)別技術(shù)在未來科技和生活中的普及是必然，我國在上世紀(jì)末期已開展對(duì)其的研究。因此，將非特定性語音識(shí)別技術(shù)運(yùn)用到智能家居中，并以語音控制方式進(jìn)行控制家具電器設(shè)備，為人們的生活帶來了很大的便捷[1]。

1 語音識(shí)別系統(tǒng)簡(jiǎn)介

語音識(shí)別技術(shù)其任務(wù)是將人類的聲音轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的信息。語音識(shí)別技術(shù)過程為：語音信號(hào)采集、預(yù)處理、特征信號(hào)提取、根據(jù)庫模板測(cè)度估計(jì)、語音識(shí)別、語音輸出[1]。

語音識(shí)別技術(shù)有兩方面的應(yīng)用[2]：一是連續(xù)語音大詞匯語音識(shí)別系統(tǒng)，應(yīng)用于聽寫機(jī)及語言信息查詢服務(wù)系統(tǒng)；二是體積小、方便攜帶的語音設(shè)備，如智能手機(jī)、玩具、家電遙控器等。

語音識(shí)別技術(shù)就是讓機(jī)器通過識(shí)別和理解過程把語音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的文本或命令的高級(jí)技術(shù)[3]。語音識(shí)別技術(shù)過程為：語音信號(hào)采集、預(yù)處理、特征信號(hào)提取、根據(jù)庫模板測(cè)度估計(jì)、語音識(shí)別、語音輸出。

2 系統(tǒng)主要硬件組成

2.1 語音識(shí)別系統(tǒng)的硬件總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)包括語音信號(hào)采集模塊、語音信號(hào)調(diào)理模塊、單片機(jī)控制模塊、語音識(shí)別模塊、液晶顯示模塊、控制執(zhí)行模塊等[1]。

語音信號(hào)調(diào)理模塊包括自動(dòng)調(diào)整增益電路和帶通濾波電路。語音信號(hào)強(qiáng)度會(huì)隨傳播距離的增加成指數(shù)下降，為了防止近距離出現(xiàn)飽和限幅現(xiàn)象，因此采用自動(dòng)調(diào)整增益電路[1]。人類的語音信號(hào)主要分布在300Hz-3.4KHz，帶通濾波電路可以有效地防止造成干擾，提高識(shí)別效率[1]。

2.2 單片機(jī)控制模塊電路設(shè)計(jì)

市面上可用于語音識(shí)別的單片機(jī)多種多樣，文章所用的是HR7P194單片機(jī)。HR7P194單片機(jī)具有單時(shí)鐘周期短、運(yùn)行速度快、性能穩(wěn)定的特性，采用哈弗型RISC，66條精簡(jiǎn)指令集，工作頻率最高16MHz，支持硬件除法器，支持17個(gè)中斷處理，具有8KB Flash程序儲(chǔ)存器、496字節(jié)的SRAM、1路8位定時(shí)器T8N、3路8位PWM時(shí)基定時(shí)器T8P1/T8P2/T8P3、1路16位門控定時(shí)器T16G、10位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC、液晶顯示控制器LCDC、41根I/O口線以及1個(gè)全雙工異步串行口和1路IIC總線主控器IICM等。

HR7P194單片機(jī)控制模塊最小工作系統(tǒng)電路如圖1所示。

2.3 語音識(shí)別模塊

以LD3320為核心的語音識(shí)別技術(shù)有語音識(shí)別和聲音控制方面的優(yōu)勢(shì)，其優(yōu)點(diǎn)是在不需要外圍存儲(chǔ)器及模數(shù)轉(zhuǎn)換器的情況下，由HR7P194進(jìn)行獨(dú)立控制；此外LD3320是一款自定義關(guān)鍵詞進(jìn)行識(shí)別的芯片，用戶語音操作便捷。

2.4 液晶顯示系統(tǒng)

相較于其他顯示方式液晶顯示具有顯示便捷、功耗小、使用壽命長的優(yōu)勢(shì)[4]，基于液晶顯示的優(yōu)點(diǎn)文章采用LCD128*64液晶顯示屏。LCD128*64這種通用模塊其優(yōu)點(diǎn)主要在能夠顯示文字、數(shù)字、字母及圖形。利用該模塊主要顯示語音識(shí)別出的命令、處理器發(fā)出的控制指令及系統(tǒng)狀態(tài)，同時(shí)利用其可以顯示圖形的特點(diǎn)，可以模擬顯示人的聲音動(dòng)態(tài)波形，科技感更強(qiáng)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主程序開始先對(duì)包括單片機(jī)在內(nèi)的所有外圍元件進(jìn)行初始化[4]，包括單片機(jī)控制模塊初始化、語音識(shí)別模塊初始化、液晶顯示模塊初始化、控制執(zhí)行模塊初始化。初始化之后進(jìn)行語音識(shí)別，通過對(duì)LD3320讀寫芯片的控制，獲取語音命令，根據(jù)識(shí)別情況判斷是否調(diào)用相應(yīng)的子程序并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后控制繼電器和液晶顯示。

4 系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)、組裝調(diào)試好后，通過東軟載波單片機(jī)開發(fā)工具HR10M將程序下載到HR7P194單片機(jī)中。然后分別在一個(gè)沒有噪音室內(nèi)環(huán)境中和具有一定噪音的室外環(huán)境中進(jìn)行語音訓(xùn)練。通過訓(xùn)練后分別在兩種環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試：通過5人分別說出“開燈”“關(guān)燈”等命令來進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：語音識(shí)別系統(tǒng)對(duì)5種不同的聲音均可良好的識(shí)別并做出相應(yīng)的動(dòng)作，在外界環(huán)境良好的狀況下（無噪音的情況下），識(shí)別效率在92%以上；在具有一定噪音的室外環(huán)境中，識(shí)別效率有所降低，在85%以上。

經(jīng)過長期、多次測(cè)試結(jié)果表明：本系統(tǒng)能夠識(shí)別語音信息，識(shí)別效率高、性能穩(wěn)定，適合智能家居環(huán)境的語音交互系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

文章所構(gòu)建基于HR7P194單片機(jī)和LD3320芯片的智能家居語音識(shí)別系統(tǒng)，能夠有效地識(shí)別人的聲音，實(shí)現(xiàn)語音控制電燈開關(guān)、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、電視及熱水器等家用電器，同時(shí)東軟載波單片機(jī)具有非常良好的穩(wěn)定性，在后期產(chǎn)品穩(wěn)定性測(cè)試中發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)

[1]陳濤，高必梵，艾菊梅.語音識(shí)別技術(shù)在智能家居控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].電子質(zhì)量，2015（3）：1-3.

[2]語音識(shí)別技術(shù)新熱點(diǎn)——語音識(shí)別專用芯片[J].世界電子元器件，2002（2）：26-27.

[3]楊梓藝.人工智能語音系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].網(wǎng)友世界，2014（6）：23-25.

[4]蔡亞芹.語音識(shí)別技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].江蘇省鹽城技師學(xué)院，2014（7）：68.