基于凌陽單片機的語音照明開關設計

唐 歡，賴崚灝，肖洪祥

（1.桂林理工大學 機械與控制工程學院，廣西 桂林 541004；2.桂林理工大學 信息科學與工程學院，廣西 桂林 541004）

目前傳統(tǒng)的家用客廳組合式吸頂燈的控制采用手動開關控制，不同組合燈狀態(tài)通過開關逐級控制。隨著時代的發(fā)展和科技水平的提高，語音控制成為現(xiàn)代化生活中重要的一部分。為了方便人們生活更加智能化的控制電器設備，本文設計了基于凌陽SPCE061A單片機的孤立詞、小詞表特定人語音辨識系統(tǒng)，該系統(tǒng)與專用的語音處理芯片相比，具有結構簡單、成本低、易實現(xiàn)的特點。SPCE061A是凌陽科技推出的一款16位微處理器芯片，它具有DSP功能、高運算處理速度、低功耗、低電壓、高性價比等特點，特別適合于消費電子類數(shù)字語音處理產(chǎn)品[1]。

1 系統(tǒng)結構與語音原理

1.1 系統(tǒng)結構概述

設計以凌陽單片機SPCE061A為核心控制部件，主控制板采用SPCE061A精簡開發(fā)板，該開發(fā)板包括了SPCE061A單片機最小系統(tǒng)、音頻電路（含MIC輸入部分和DAC音頻輸出部分）、電源電路、復位電路、程序下載電路、獨立按鍵及輸入輸出口引腳插針等[2]。外圍控制電路通過繼電器開關電路來控制3路照明燈的亮滅。系統(tǒng)設計總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設計總體框圖Fig.1 System design diagram

本系統(tǒng)采用凌陽科技提供的語音識別函數(shù)資源，由MIC采集的語音信號與事先訓練好的語音庫特征語音進行匹配，經(jīng)語音辨識成功后輸出IOB0～IOB2電平變化，并通過繼電器開關電路來控制3路照明燈亮滅。

1.2 語音識別基本原理

語音識別系統(tǒng)本質上是一種多維模式識別系統(tǒng)，它包括預處理、特征提取、語音模式庫、模式匹配、后處理等。預處理包括預加重和端點檢測，實現(xiàn)語音信號的數(shù)字化。特征提取就是從原始語音信號中抽取出能夠反映語音本質的特征參數(shù)，特征參數(shù)有時域參數(shù)、頻域參數(shù)和其他參數(shù)。語音模型庫是用聚類分析方法經(jīng)過一個講話者或多個講話者的多次重復語音參數(shù)的訓練得到的。模式匹配是將輸入語音的特征參數(shù)與通過訓練得到的語音模式進行比較分析，從而得到初步識別結果[3]。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 麥克錄音輸入及AGC電路

本系統(tǒng)SPCE061A內部集成了1個10位ADCmic_in音頻輸入電路，內置了傳聲器放大器和自動增益控制AGC功能，麥克風輸入電路如圖2所示。

圖2 麥克風輸入電路Fig.2 Microphone input circuit

2.2 DAC輸出放大電路

該電路的核心器件是集成音頻功率放大器SPY0030，其工作電壓范圍為2.4～6.0 V，最大輸出功率可達700 mW。音頻輸出放大電路如圖3所示。

圖3 音頻放大電路Fig.3 Audio amplifier circuit

2.3 繼電器驅動電路

由SPCE061A單片機I/O口提供的電流太小，不能直接驅動繼電器。本設計采用三極管8050來提供一開關電壓，實現(xiàn)I/O口對繼電器的驅動[4]。照明開關驅動電路如圖4所示。

圖4 照明開關驅動電路Fig.4 Lighting switch drive circuit

3 系統(tǒng)軟件設計

本設計的特定人語音辨識系統(tǒng)，通過5個語音命令就能模擬家用客廳組合式吸頂燈的控制，每個語音命令需要訓練兩次。本系統(tǒng)要求每條語音命令的長度不超過1.3 s，當訓練命令超過1.3 s時，僅前1.3 s命令有效[5]。系統(tǒng)開始工作后，先進行變量、I/O口、RAM初始化，調用語音播放函數(shù)，播放提示音來提示訓練。訓練部分包括觸發(fā)名稱和4條控制指令的訓練，待全部語音指令訓練完畢后，進入辨識器初始化[6]。初始化結束以后，就可以開始辨識語音，獲取辨識結果，輸出控制信號，控制組合吸頂燈的亮滅。系統(tǒng)流程圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)流程圖Fig.5 The system flowing chart

4 結 論

文中介紹了一種基于凌陽單片機SPCE061A特定人語音辨識系統(tǒng)的語音照明開關設計，完成了系統(tǒng)的硬件和軟件設計。模擬家用客廳組合式吸頂燈的控制實驗，經(jīng)實驗驗證，本特定人語音辨識系統(tǒng)達到模擬目的，能夠滿足用戶的需求。由于本設計的辨識系統(tǒng)只限定于特定人，需要經(jīng)過訓練之后才能辨識，其應用領域受到限制。因此，本系統(tǒng)的功能還要進一步完善。

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