基于RFID的無線語音控制系統(tǒng)

廉奕涵 李興龍 劉忠富

Abstract： At present， more and more smart household appliances are entering people's life. And how to control the smart appliances simply and effectively is a difficult problem. To solve this problem， a wireless voice control system is designed in this paper. Through voice recognition module LD3320， STC11L08XE microcontroller， wireless transmitter module and wireless receiver module， the voice controls appliances is realized which need to start and stop. The test results show that the speech module can accurately identify the password and send the signal through the wireless transmission module. It could control the power supply immediately， and can replace the artificial contact power switches to control the electrical appliances at home more conveniently.

引言

在傳統(tǒng)控制家居系統(tǒng)的方式上（例如遙控器、手機遠程控制等），出現(xiàn)了一些弊端，例如操作復雜、按鍵繁多，給兒童和老人控制家居帶來諸多不便。并且，隨著時代和科技的發(fā)展，為了讓人類擁有更快捷、更方便的生活，智能家居已走入人們的生活，如何對家居系統(tǒng)進行有效、方便、省時、省力的控制已成為時代難題。

本文基于RFID設(shè)計了一個無線語音控制系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)的智能家居控制依賴于人工觸發(fā)式控制[1]。語音控制技術(shù)的引入使智能家居的控制不再單調(diào)，無論用戶身處室內(nèi)或室外都可以通過語音控制技術(shù)，實現(xiàn)對家庭內(nèi)部設(shè)備的控制。

1系統(tǒng)方案設(shè)計

系統(tǒng)硬件電路包括語音識別模塊、單片機最小系統(tǒng)、無線收發(fā)模塊。圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，語音識別芯片LD3320，用其來識別人聲不同的控制命令，例如開啟和關(guān)閉，在單片機STC11L08XE采集信息并處理后，將人聲指令信息傳送至無線收發(fā)模塊，通過nRF2401無線模塊發(fā)送到電器端，電器端裝入無線接收模塊可以控制家居電器的啟動和停止，或?qū)崿F(xiàn)其他功能，完成人聲指令，實現(xiàn)無線智能控制家居[2]。

2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

2.1單片機最小系統(tǒng)

系統(tǒng)采用STC11單片機作為微處理器。單片機內(nèi)部集成高可靠復位電路，針對高速通信，智能控制、強干擾場合。

2.2語音識別電路

LD3320芯片是一款語音識別專用芯片[3]。該芯片內(nèi)嵌了語音識別處理器和一些外部電路，包括AD、DA轉(zhuǎn)換器、麥克風接口、聲音輸出接口等[4]。本芯片不需要外接任何的輔助芯片，如Flash、RAM等，直接集成在現(xiàn)有的產(chǎn)品中即可以實現(xiàn)語音識別/聲控/人機對話功能[5]。LD3320聲音識別原理則如圖2所示。其中，P0～P7口接1 K上拉電阻，將STC11L08XE的引腳用雙排針引出，以方便模塊之間的連線，這里描述的雙排針的作用是為了在LD3320和單片機STC11L08XE之間連接。

2.3nRF2401無線收發(fā)模塊

nRF2401是一種基于短程無線通信技術(shù)的芯片。電路設(shè)計原理即如圖3所示。收發(fā)部分采用nRF401芯片，其引腳DIN與單片機的TXD相連，需要發(fā)射的數(shù)字信號通過DIN輸入；引腳DOUT與單片機的RXD相連，解調(diào)出來的信號經(jīng)過DOUT輸出進入單片機。nRF401無線收發(fā)芯片內(nèi)包含有發(fā)射功率放大器（PA）、低噪聲接收放大器（LNA）、晶體振蕩器（OSC）、鎖相環(huán)（PLL）、壓控振蕩器（VCO）、混頻器（MIXER）等電路[6]。

在接收模式中，RF輸入信號被低噪聲放大器（LNA）放大，經(jīng)由混頻器（MIXER）變換，這個被變換的信號在送入解調(diào)器（DEM）之前被放大和濾波，經(jīng)解調(diào)器解調(diào)，解調(diào)后的數(shù)字信號在DOUT端輸出。在發(fā)射模式中，壓控振蕩器（VCO）的輸出信號是直接送入到功率放大器（PA），DIN端輸入的數(shù)字信號被頻移鍵控后饋送到功率放大器輸出。由于采用了晶體振蕩器和PLL合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性極好[7]。

3系統(tǒng)軟件方案設(shè)計

程序設(shè)計主要包括語音識別程序、語音指令程序和發(fā)射程序3個部分。系統(tǒng)啟動后，語音識別程序啟動語音識別模塊和接受語音模塊對于人聲的識別結(jié)果，與程序中編寫好的漢語拼音相匹配，識別后執(zhí)行語音指令程序，得到的新結(jié)果發(fā)往發(fā)射程序，發(fā)射程序控制nRF2401數(shù)據(jù)發(fā)射模塊發(fā)出，之后再啟動語音識別模塊，等待下一個指令[8]。若無識別結(jié)果，則重新啟動語音識別程序。系統(tǒng)總體程序框圖如圖4所示。

4系統(tǒng)測試

實物硬件調(diào)試主要是語音識別模塊和L298驅(qū)動模塊的調(diào)試。首先是語音識別模塊的調(diào)試，這是往模塊的STC11L08單片機下載簡單的命令，如小石頭、開機、停止等。觀察模塊上方3個指示燈是否亮起，亮起的方式是否與程序設(shè)計一致。測試界面如圖5所示。經(jīng)過第一步的調(diào)試，功能可以實現(xiàn)。接著調(diào)試nRF2401模塊。當主機向目標機器發(fā)送一串數(shù)字或字母時，目標機器可以收到來自主機的信號。

5結(jié)束語

以自然語音的識別、人機交互與控制是當前語音信號處理領(lǐng)域的研究熱點和難點。本設(shè)計以STC10L08XE單片機為核心，運用語音識別芯片LD3320，完成了語音控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、主控制模塊和語音識別模塊的軟硬件設(shè)計。設(shè)計現(xiàn)象結(jié)果表明，非特定人語音識別的靜態(tài)測試對于語音命令的平均識別率可達90%[8]，完成了聲傳輸控制信號的功能，達到了較好的效果。本聲控系統(tǒng)具有小體積、低功耗和可通用的特點，因而有著廣泛的應用前景。此外，本設(shè)計方案按照任務書的要求完成nRF2401無線模塊設(shè)計電路、無線模塊控制電路設(shè)計，經(jīng)過單片機的數(shù)據(jù)處理，通過無線傳輸模塊完成協(xié)議信號的傳輸。

參考文獻

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