基于語音識別的逃跑型鬧鐘

柏夢媛 王勝蘭

摘 要：本項目采用單片機和語音處理芯片相結合，當語音芯片接受到聲音信號時，產生電信號通過單片機控制I/O接口電路輸入給單片機，通過單片機控制的時鐘達到定時后即開啟鬧鈴，并啟動開關，使鬧鐘能自動避障運動。

關鍵詞：單片機;語音識別控制;運動避障

現在世面上有一種在叫醒過程中能運動的鬧鐘，迫使人不得不起床關閉鬧鐘的基礎上，加上簡單的語音識別功能，使其能與人進行簡單的交流，方便人們的生活，最終達到完全叫醒的效果，同時也向智能家居邁進一步。

本設計從鬧鐘語音處理入手，使用LD3320語音芯片作為一種微控制器，其內嵌4KB的FLASH和2KB的RAM能夠存儲所需的數據和程序，再以AT89C51單片機作為核心完成語音控制小車的設計，使之不僅能夠具有前進，后退，左轉，右轉，避障等基本程序控制功能，而且還具備有語音控制功能。

1 語音控制方案

單片機語音控制系統設計的思路是應用語音識別技術，由單片機控制其他的外圍器件，使其在人們的語音指令下工作。但是對于計算機系統來說，語音識別的難點在于采集和識別信號時因其環境和發聲體的不同，具有不確定性、動態性和連續性。本設計采用語音芯片LD3320作為語音采集處理核心，通過和單片機相連實現語音控制鬧鐘。通過軟件設計再加上簡易的硬件電路做成的電路，結構簡單，操作容易，人機界面友好，且價格低廉。其控制系統示意圖如下圖1：

圖1語音控制系統示意圖

工作流程：語音識別模塊是通過麥克風采取接收外界的語音命令，對接收到語音進行特征提取后，與原有語音進行對比識別，然后交由單片機處理。

2 系統硬件設計

2.1 語音模塊 本設計采用了LD3320語音識別芯片和相關控制電路，設計實現了聲控鬧鐘的語音控制系統。由于LD3320芯片集成了語音識別處理器和外部電路，包括AD和DA轉換器、麥克風、聲音輸出等接口，且不需要外接任何的輔助芯片，它最大的好處是識別的關鍵詞語列表是可以任意動態編輯的。

其工作過程為：當將識別的關鍵詞字符串輸入到芯片內部的時候，單片機會對采集到的語音樣本進行分析處理，從中提取出語音特征信息，建立一個特征模型，在識別階段，單片機對采集到的語音樣本也進行類似的分析處理，提取出語音的特征信息，然后將這個特征信息模型與已有的特征模型進行對比，如果二者達到了一定的匹配度，則輸入的語音被識別。

語音識別用初始化（包括通用初始化）→寫入識別列表→開始識別，并準備好中斷響應函數，打開中斷允許位。

2.2 單片機模塊 本設計采用AT89C51單片機，設置LCD顯示、蜂鳴器等作為外圍電路，利用它高性能、高速度、體積小等特點，避免了元器件種類、個數繁多而引起的硬件電路結構過于復雜，這個硬件電路包括單片機電路和小車控制電路，51板硬件電路包含AT89C51最小系統、電源電路、LCD接口電路、蜂鳴器電路等模塊。當外界無信號時，單片機模塊控制LCD顯示器顯示出當前時間，若接收到來自于語音芯片的脈沖時，單片機控制蜂鳴器電路工作，同時啟動小車控制電路進行避障行走。

2.2.1 鬧鐘模塊。時鐘芯片采用DS1302，它是一款具有高性能、低能耗、帶RAM的實時時鐘，用它作為計時芯片具有計時準確、耗電量小的優點。當聲音通過語音芯片轉換成脈沖信號傳至主控電路中時，時鐘電路通過顯示驅動MAX7219來驅動LCD顯示電路顯示時間，MAX7219是微處理器與LCD數碼管顯示構成的，通過內部的BCD譯碼器、多路掃描控制器和自驅動器和外部的電阻設置LCD顯示器的字段電流。

2.2.2 小車模塊。本設計采用AT89C51單片機為核心控制鬧鐘逃跑時的智能避障車系統，選定了超聲波-光電接近開關傳感器作為避障方案，當語音信號傳入AT89C51單片機內部處理后，路徑信號傳入I/O口用于小車的運動控制決策，內部定時器發出信號驅使電機對智能車進行加速、減速和轉向控制。在電機的驅動方面，我們利用四個I/O端口分為兩組分別實現驅動和轉向兩個電機的正傳、反轉和停止三種狀態的控制。

3 軟件設計

本設計中語音識別工作時采用的是中斷方式進行，首先，對芯片內部和語音識別用初始化，完成軟復位、模式設定及時鐘頻率的設定，以激活內部數據處理模塊為識別做好準備，接下來，將識別關鍵字寫入列表中，每一個識別條目對應一個特別的編號，每個識別條目都是由準普通話的小寫漢語拼音構成。最后，當聲音通過麥克風傳入后，芯片對收集到的信號進行特征提取然后與關鍵字進行對比，對比成功后交由單片機，單片機通過閥門觸發小車，小車在直流電機的驅動下開始運動，同時小車上的超聲波-光電接近開關傳感器為前行避障提供了保障。

4 結論

本文主要介紹了語音芯片在鬧鐘控制和小車控制上的充分應用，實現了通過語音控制鬧鐘的設定和小車運動，在硬件方面，利用單片機的高速執行速度、內置的硬件乘法器等為語音處理提供了強大基礎。在軟件方面，采用匯編語言和C語言的編程，語音芯片中豐富的語音資源函數為編程提供了很大的方便。本設計成功實現了語音控制功能，操作比較簡單。

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