基于語音口罩控制的刷卡機

李圓　康哲　閆佳釗　馮獻磊　趙胤鐸　張廣文　劉佳鑫

摘 要：我們運用LD3320語音控制模塊對語音信號進行濾波降噪處理，通過提取語音特征頻率與語音庫中的已有語音頻率字符串進行匹配，最終把吻合度較好的拼音串輸出。LD3320將語音信號輸送到MCU控制中心，MCU將信號由藍牙模塊傳輸到刷卡機的藍牙接受模塊，此時再將信號傳輸到刷卡機MCU控制中樞實現應扣除金額的控制。

關鍵詞：語音控制；刷卡機；特征參數

0引言

目前市場上的刷卡機[1] 主要為掛式刷卡機和座式刷卡機，但這幾種刷卡機共同的特點是需要工作人員進行手動按鍵對顧客進行消費，打飯效率低，尤其在高峰期，產生嚴重的擁擠現象。在新世紀人工智能的飛速發展和人機交互語音控制不斷的興起，越來越多的科學領域開始對語音識別進行重視和研究，語音技術已經在國內外取得了巨大的發展，在刷卡機的研究領域已經成熟，將語音控制應用到現有的刷卡機中將極大的提高工作效率和顧客的滿意度。

1對語音控制原理的研究

基于模板匹配的語音識別一般都遵循這樣一個流程：對采集的語音信號[2] 進行預處理，然后提取特征參數，最終進入語音識別器和已經訓練好的語料模板庫進行匹配，找出匹配度最高的關鍵詞語，這就是最終的識別結果。

1.1對LD3320模塊研究

LD3320[3] 在進行初始化時需要先向對應的寄存器寫入特定值進行初始化，然后寫入識別列表，每個識別條目對應一個編號，識別條目是普通話的漢語拼音，每兩個字（漢語拼音）之間需要加入一個空格。

為了保證整個系統的語音識別[4] 成功率，穩定性及響應速度等參數。本文對所描述的LD3320模塊進行了相應的測試，對每條語音指令分別進行40次測試，并且為了測試的有效性，我們選取了安靜和嘈雜兩種環境進行測試，并記錄成功識別的次數在安靜環境下，對非特定語音人的語音識別識別率可達90%以上，在嘈雜環境下，語音識別率有所下降，但依然維持在90%以上。在響應速度上，整個系統的響應時間基本上都在ls左右，在嘈雜環境中響應時間會相對較長。

2藍牙語音識別口罩的設計

圖1 口罩結構圖

語音識別藍牙口罩外部結構由口罩本體、防潮裝置、隔音裝置組成。所述口罩本體為普通口罩，口罩本體外部上方設有兩個卡兜；所述防潮裝置通過上方的一對卡槽，插入卡兜固定，防潮裝置卡槽下方設有固定塊，固定塊為長方體，固定塊內部開有圓孔，和隔音裝置上的圓柱卡形成間隙配合。所述防潮裝置中間開有通孔，通孔中裝有通氣器，通氣器兩端開有多個圓形小孔，通氣器內部裝有干燥劑。干燥劑為袋裝CaCL。隔音裝置上固定有隔音棉，隔音棉內部開方形槽，方形槽中放有拾音器，拾音器由語音識別裝置和藍牙傳輸模塊組成，模塊四周被隔音棉包圍，拾音器和通氣器位置相對，如圖1所示

2.1藍牙聲控口罩原理

藍牙聲控口罩主要裝有藍牙傳輸微型模塊和針孔話筒。產品設計成口罩的優點：1.餐廳基本要求所有售飯人員佩戴口罩。2.口罩可以有效降低外界噪聲干擾，同時能有較大的空間去安裝必要的模塊。工作人員通過話筒下達命令，經藍牙把聲音信號傳入主機中的語音庫中的固定語句，完成本次消費。聲音識別控制裝置設計為藍牙口罩，方便工作人員操作。語音識別系統本質上是一種多維模式識別系統。

3.智能刷卡機

目前國內外的食堂刷卡機大概分為可掛式和不可掛式兩種，其可實現的功能大致相同。食堂刷卡機使用IC卡，具有刷卡速度快，刷卡方便快捷的特點。每臺刷卡機通過各自的CPU對消費金額進行計算再傳輸數據。這樣的食堂刷卡機的存在給我們帶來了便利，徹底跟過去的飯票、現金說再見，節省了許多時間，大大提高打飯效率

4結論

人機語音交互是當前語音信號處理領域的研究熱點和難點，本文設計使用STM32微處理器作為控制器，使用LD3320芯片實現非特定人語音識別，使用SD卡，FatFs文件系統與VSl003完成模擬語音信號的輸出，最終實現了人機語音交互。本設計運算量小，且不需要聯網使用，很完美的嵌入刷卡機中。

參考文獻：

[1] Tompros S，Mouratidis N，Draaijer M，et a1.Enabling application of energy saving appliances of the home environment[J].IEEE Network，2009，23（6）：8—16

[2] Lee E A，Seshia S A.Introduction to embedded systems：a cyber—physical systems approach[M].Lee & Seshia.2011：4—5.

[3] 羅元，昊承軍，張毅，黎小松，席兵.Mel頻率下基于LPC的語音信號深度特征提取算法Ⅱ]重慶郵電大學學報（自然科學版），2016（02）：174—179.

[4] 李洋博，趙澤林，李圓，丁聰，康哲，索依娜.基于32單片機控制的智能語音刷卡系統[J].電腦編程技巧與維護，2019（03）：125-127

（作者單位：華北理工大學）