基于東軟載波單片機語音識別技術在智能家居系統的應用

摘 要：隨著科技的發展，語音互動增加了智能家居體驗樂趣。文章以東軟載波單片機HR7P194為處理中心，利用LD3320語音識別芯片識別人的語音，根據命令控制家居中各種設備。實驗結果表明：HR7P194單片機性能穩定，LD3320識別率高，此語音識別方案具有較高的識別率和實用價值。

關鍵詞：語音識別；智能家居；HR7P194單片機

前言

隨著科技的發展，語音交互逐步走了進人們的生活中。例如蘋果手機中Siri和Win10系統中小娜都已被人們所熟悉，小米語音識別遙控器也給智能家居帶來新體驗。考慮到智能語音識別技術在未來科技和生活中的普及是必然，我國在上世紀末期已開展對其的研究。因此，將非特定性語音識別技術運用到智能家居中，并以語音控制方式進行控制家具電器設備，為人們的生活帶來了很大的便捷[1]。

1 語音識別系統簡介

語音識別技術其任務是將人類的聲音轉換成計算機可識別的信息。語音識別技術過程為：語音信號采集、預處理、特征信號提取、根據庫模板測度估計、語音識別、語音輸出[1]。

語音識別技術有兩方面的應用[2]：一是連續語音大詞匯語音識別系統，應用于聽寫機及語言信息查詢服務系統；二是體積小、方便攜帶的語音設備，如智能手機、玩具、家電遙控器等。

語音識別技術就是讓機器通過識別和理解過程把語音信號轉變為相應的文本或命令的高級技術[3]。語音識別技術過程為：語音信號采集、預處理、特征信號提取、根據庫模板測度估計、語音識別、語音輸出。

2 系統主要硬件組成

2.1 語音識別系統的硬件總體設計

本系統包括語音信號采集模塊、語音信號調理模塊、單片機控制模塊、語音識別模塊、液晶顯示模塊、控制執行模塊等[1]。

語音信號調理模塊包括自動調整增益電路和帶通濾波電路。語音信號強度會隨傳播距離的增加成指數下降，為了防止近距離出現飽和限幅現象，因此采用自動調整增益電路[1]。人類的語音信號主要分布在300Hz-3.4KHz，帶通濾波電路可以有效地防止造成干擾，提高識別效率[1]。

2.2 單片機控制模塊電路設計

市面上可用于語音識別的單片機多種多樣，文章所用的是HR7P194單片機。HR7P194單片機具有單時鐘周期短、運行速度快、性能穩定的特性，采用哈弗型RISC，66條精簡指令集，工作頻率最高16MHz，支持硬件除法器，支持17個中斷處理，具有8KB Flash程序儲存器、496字節的SRAM、1路8位定時器T8N、3路8位PWM時基定時器T8P1/T8P2/T8P3、1路16位門控定時器T16G、10位模擬數字轉換器ADC、液晶顯示控制器LCDC、41根I/O口線以及1個全雙工異步串行口和1路IIC總線主控器IICM等。

HR7P194單片機控制模塊最小工作系統電路如圖1所示。

2.3 語音識別模塊

以LD3320為核心的語音識別技術有語音識別和聲音控制方面的優勢，其優點是在不需要外圍存儲器及模數轉換器的情況下，由HR7P194進行獨立控制；此外LD3320是一款自定義關鍵詞進行識別的芯片，用戶語音操作便捷。

2.4 液晶顯示系統

相較于其他顯示方式液晶顯示具有顯示便捷、功耗小、使用壽命長的優勢[4]，基于液晶顯示的優點文章采用LCD128*64液晶顯示屏。LCD128*64這種通用模塊其優點主要在能夠顯示文字、數字、字母及圖形。利用該模塊主要顯示語音識別出的命令、處理器發出的控制指令及系統狀態，同時利用其可以顯示圖形的特點，可以模擬顯示人的聲音動態波形，科技感更強。

3 系統軟件設計

主程序開始先對包括單片機在內的所有外圍元件進行初始化[4]，包括單片機控制模塊初始化、語音識別模塊初始化、液晶顯示模塊初始化、控制執行模塊初始化。初始化之后進行語音識別，通過對LD3320讀寫芯片的控制，獲取語音命令，根據識別情況判斷是否調用相應的子程序并進行數據處理，最后控制繼電器和液晶顯示。

4 系統測試

系統硬件實驗平臺設計、組裝調試好后，通過東軟載波單片機開發工具HR10M將程序下載到HR7P194單片機中。然后分別在一個沒有噪音室內環境中和具有一定噪音的室外環境中進行語音訓練。通過訓練后分別在兩種環境中進行測試：通過5人分別說出“開燈”“關燈”等命令來進行驗證。實驗結果為：語音識別系統對5種不同的聲音均可良好的識別并做出相應的動作，在外界環境良好的狀況下（無噪音的情況下），識別效率在92%以上；在具有一定噪音的室外環境中，識別效率有所降低，在85%以上。

經過長期、多次測試結果表明：本系統能夠識別語音信息，識別效率高、性能穩定，適合智能家居環境的語音交互系統。

5 結束語

文章所構建基于HR7P194單片機和LD3320芯片的智能家居語音識別系統，能夠有效地識別人的聲音，實現語音控制電燈開關、風扇轉速、電視及熱水器等家用電器，同時東軟載波單片機具有非常良好的穩定性，在后期產品穩定性測試中發揮重要作用。

參考文獻

[1]陳濤，高必梵，艾菊梅.語音識別技術在智能家居控制系統中的應用研究[J].電子質量，2015（3）：1-3.

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

[3]楊梓藝.人工智能語音系統的實現[J].網友世界，2014（6）：23-25.

[4]蔡亞芹.語音識別技術在智能家居系統中的應用[J].江蘇省鹽城技師學院，2014（7）：68.