基于Sunplus MCU電冰箱語音控制器的硬件設計

摘 要：本文介紹了Sunplus公司的MCU的硬件結構；并在Sunplus的16位RISC MCU平臺上，設計了一種具有語音控制功能的電冰箱控制器的硬件電路，并以此提出家電產品實現語音控制的一種技術平臺及其實現方法。

關鍵詞：語音控制；家電；單片機

中圖分類號：TM921.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 20-0000-01

語言是最為方便、快捷、自然的人際交流手段。讓機器能“聽懂”人的語言是人類夢寐以求的想法。語音控制技術不僅可以客觀地實現“人—機”對話的理想，而且能夠將人類的能動性充分發揮出來。語音控制技術是指人通過語言去指揮和控制機器，并根據指令去完成各種任務的一種技術。它使原本需要手工操作的工作，用語音就可以方便地完成。

一、Sunplus MCU簡介

Sunplus公司是臺灣最大的消費類電子生產廠家，它生產的SPCE系列RISC MCU 和SOC芯片是實現語音控制與應用的重要硬件平臺之一。SPCE061A單片機內部集成了ICE仿真電路、FLASH程序存儲器、SRAM數據存儲器、通用I/O端口、定時器/計數器、中斷控制、時基系統、A/D轉換器、DAC、異步串行通信口及低電壓監測/低電壓復位等模塊。

（一）Sunplus MCU硬件介紹

1.硬件結構

SPCE061A是SPCE系列中的典型代表，其內核采用Sunplus公司（凌陽）的μ’nSPTM（Microcontroller and Signal Processor）16位微處理芯片。圍繞μ’nSPTM內核所形成的16位單片機采用的是模塊式集成結構，它在μ’nSPTM內核外圍集成了不同規模的FLASH、RAM、AD/DA、I/O、SIO等功能豐富的各種外設部件。如圖1所示：

二、電冰箱語音控制器的硬件設計

電冰箱一般設有冷凍室和冷藏室。冷凍室用于速凍食品，在冷凍室中的食品可以存放較長的時間，食品中的水分會凝結成霜，到一定程度還要除霜，其溫度可為-16℃～-26℃之間。冷藏室以不凍傷食品又有保鮮作用為準，其溫度可為2℃～10℃之間。

具體的說，電冰箱控制器的主要任務就是控制壓縮機、電磁閥、化霜加熱絲、風扇等的運行，來保持箱內食品的最佳溫度，達到食品保鮮的目的，即保證所儲存的食品在經過冷凍或冷藏之后，保持色、味、水分、營養基本不變。

（一）系統功能

系統的基本功能如下：①按鍵控制功能；②語音控制功能；③顯示系統狀態功能；④溫度設定功能；⑤語音模板訓練與重新訓練功能。

（二）系統的硬件設計

硬件系統由SPCE061A加上音頻輸入模塊、按鍵控制模塊、控制輸出模塊、音頻放大輸出模塊、顯示模塊、電源模塊和其他功能擴展模塊構成。系統構成示意圖如圖2所示。

1.電源模塊

我們給出了兩種獲得各種電壓的方法。一、通過兩個二極管連續降壓，使5V的電壓降至3.6V供芯片使用。這種方法簡單但電壓很不準確。二、通過LM7833可獲得準確的3.3V電壓。

2.音頻放大輸出

音頻信號必須經過放大電路放大后才能驅動揚聲器。本例采用最簡單的三極管8050直接放大。

3.音頻輸入

因為SPCE061A的MicIN通道內部具有自動增益控制（AGC）和濾波功能，所以語音輸入的外圍電路特別簡單。MIC選用駐極體話筒，駐極體話筒具有結構簡單、重量輕、體積小、無方向性、頻率響應寬、保真度好等優點。駐極體話筒的偏壓由SPCE061A的VMIC腳提供。

4.按鍵設計

系統設計3個按鍵完成溫度設定功能，分別用于溫度參量加1、減1操作和選擇待修改參量。三個按鍵分別與SPCE061A的IOB8-IOB10相連。

5.顯示模塊

顯示電路由四位8段數碼管組成，用來顯示系統的工作狀態。接口電路采用動態顯示方式驅動。

6.壓縮機控制電路

壓縮機控制電路由IO口輸出信號，通過8050反相驅動電路來控制繼電器，再由繼電器控制壓縮機的開停。當IO口輸出高電平時，Q11飽和導通，繼電器線圈流過電流，其觸點吸合；當IO口輸出低電平時，Q11截止，繼電器線圈無電流，其觸點斷開。壓縮機的開關由相關室的溫度決定，每次開機之前必須檢測延時保護條件是否滿足，才能作出開機決策。

三、結束語

信息家電的大行其道，語音技術的蓬勃發展勢必徹底改善和改變人類的生活方式與生活習慣，同時也對語音技術提出更高的要求和期待，家電產品的千差萬別造就語音應用實現方法的百花齊放，深入研究其中的一種或幾種技術方法，深入探討和挖掘其應用的價值和潛力是本文的目的與期望。本文的研究結論，能為家電產品嵌入語音功能提供一個較好的解決方案與選擇。