劉 燕 黃杰賢
(嘉應(yīng)學(xué)院電子信息工程學(xué)院,廣東 梅州 514015)
越來(lái)越多的智能家居進(jìn)入人們的生活,如何對(duì)智能家居進(jìn)行簡(jiǎn)單有效的控制是一個(gè)難題,而基于語(yǔ)音控制的智能家居更具人性化[1]。為此本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了手表式無(wú)線語(yǔ)音控制系統(tǒng)方案代替人工接觸電源開(kāi)關(guān),通過(guò)簡(jiǎn)單的語(yǔ)音指令控制家用電器。實(shí)踐證明,該方案經(jīng)濟(jì)可靠,具有良好的實(shí)用性。
本方案主要由指令識(shí)別模塊識(shí)別指令,傳達(dá)指令信息到單片機(jī),指令識(shí)別成功后,再由單片機(jī)控制無(wú)線發(fā)射模塊發(fā)送指令,接受模塊接收并處理信息[2]。示意如圖1所示:
圖1 無(wú)線語(yǔ)音控制系統(tǒng)示意圖
下面分別介紹這幾個(gè)模塊的選擇:
語(yǔ)音模塊選擇LD3320芯片,LD3320是一顆基于非特定人語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的語(yǔ)音識(shí)別芯片,它能識(shí)別關(guān)鍵詞的內(nèi)容動(dòng)態(tài)地傳入芯片中。無(wú)線收發(fā)模塊選擇DF無(wú)線發(fā)射模塊/PT2272無(wú)線接收模塊。
整個(gè)系統(tǒng)分兩部分,即發(fā)射端和接收端,發(fā)射端主要由語(yǔ)音識(shí)別模塊、單片機(jī)主控系統(tǒng)、DF數(shù)據(jù)發(fā)射模塊和電源模塊構(gòu)成。接收端主要由PT2272無(wú)線接收模塊、電源模塊和開(kāi)關(guān)控制電路組成。
硬件設(shè)計(jì)主要包括了語(yǔ)音識(shí)別模塊、單片機(jī)主控系統(tǒng)、發(fā)射模塊、接收模塊和電源模塊。
語(yǔ)音識(shí)別模塊由LD3320語(yǔ)音識(shí)別芯片及外圍元件組成,LD3320與單片機(jī)連接的工作原理框圖如圖2所示。LD3320每次識(shí)別的過(guò)程就是把用戶說(shuō)出的語(yǔ)音內(nèi)容,通過(guò)頻譜轉(zhuǎn)換為語(yǔ)音特征,再將這個(gè)轉(zhuǎn)換后的語(yǔ)音特征和“關(guān)鍵詞語(yǔ)列表”中的條目一一進(jìn)行匹配,最優(yōu)匹配的一條即作為識(shí)別結(jié)果。
圖2 LD3320工作原理框圖
本方案選用STC11L08XE單片機(jī)作為主控器,單片機(jī)通過(guò)并行讀寫方式與語(yǔ)音識(shí)別模塊LD3320相應(yīng)管腳進(jìn)行連接,普通I/O口接DF發(fā)射模塊[3]。單片機(jī)提供漢語(yǔ)拼音給LD3320篩選語(yǔ)音結(jié)果,接收識(shí)別結(jié)果后執(zhí)行結(jié)果對(duì)應(yīng)的程序,再通過(guò)發(fā)射模塊發(fā)送新的結(jié)果。
單片機(jī)工作原理框圖如圖3所示:
圖3 單片機(jī)工作框圖
單片機(jī)模擬PT2262編碼信號(hào)控制發(fā)射數(shù)據(jù),DF發(fā)射模塊采用ASK方式調(diào)制,以達(dá)到控制多設(shè)備、體積小、功耗低的效果。發(fā)射模塊設(shè)計(jì)如圖4所示:
圖4 發(fā)射模塊工作框圖
接收模塊由PT2272模塊與模擬電器電路組成,PT2262經(jīng)天線接收到信息后,改變端口的狀態(tài),通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管進(jìn)而控制模擬電器電路的電源開(kāi)關(guān),接收模塊的工作框圖如圖5所示。
圖5 接收模塊的工作框圖
程序設(shè)計(jì)主要包括語(yǔ)音識(shí)別程序、語(yǔ)音指令程序和發(fā)射程序三部分。系統(tǒng)啟動(dòng)后,語(yǔ)音識(shí)別程序啟動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別模塊和接收語(yǔ)音識(shí)別模塊的識(shí)別結(jié)果,識(shí)別后執(zhí)行語(yǔ)音指令程序,得到的新結(jié)果發(fā)往發(fā)射程序,發(fā)射程序控制DF數(shù)據(jù)發(fā)射模塊發(fā)出,之后再次啟動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別模塊,等待下一個(gè)指令。整個(gè)無(wú)線語(yǔ)音控制程序如圖6所示:
圖6 無(wú)線語(yǔ)音控制程序整體框圖
單片機(jī)首先檢測(cè)芯片是否空閑,空閑則設(shè)定編號(hào)和載入關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù),然后等待LD3320的語(yǔ)音結(jié)果,有結(jié)果則進(jìn)入語(yǔ)音程序,否則重來(lái)[4]。識(shí)別程序如圖7所示:
圖7 語(yǔ)音識(shí)別程序工作框圖
語(yǔ)音程序以選擇分支語(yǔ)句為主體,一個(gè)語(yǔ)音對(duì)應(yīng)一個(gè)分支,執(zhí)行不同的子程序,最終得到該語(yǔ)音引起的新變化代表的結(jié)果。語(yǔ)音程序如圖8所示:
圖8 語(yǔ)音程序工作框圖
系統(tǒng)獲取語(yǔ)音程序結(jié)果后,程序?qū)懭氲牡刂反a和數(shù)據(jù)碼根據(jù)語(yǔ)音命令的不同而不同,單片機(jī)模擬PT2262編碼原理發(fā)送編碼。
發(fā)射程序如圖9所示:
圖9 發(fā)射程序工作框圖
在空曠的空地與幾間相鄰的房間進(jìn)行智能家居的實(shí)際控制測(cè)試,不同場(chǎng)景分別測(cè)試100次。
測(cè)試環(huán)境1:將一個(gè)無(wú)線接收模塊放在一個(gè)固定的空地上,測(cè)試者戴著手表式無(wú)線語(yǔ)音控制設(shè)備,對(duì)接收端由近及遠(yuǎn),每隔20厘米對(duì)發(fā)射模塊喊出口令進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制。
測(cè)試環(huán)境2:將一個(gè)無(wú)線接收模塊放在同一個(gè)固定的房間內(nèi),測(cè)試者站在房外戴著手表式無(wú)線語(yǔ)音控制設(shè)備,對(duì)接收端由近及遠(yuǎn),每隔20厘米對(duì)發(fā)射模塊喊出口令進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制。
測(cè)試環(huán)境3:在測(cè)試環(huán)境2保持靜音情況下測(cè)試,測(cè)試每100次呼叫的有效響應(yīng)次數(shù)。
測(cè)試環(huán)境4:在測(cè)試環(huán)境2中引入40分貝音樂(lè)情況下,測(cè)試每100次呼叫的有效響應(yīng)次數(shù)。
表1 測(cè)試不同環(huán)境下不同接收模塊數(shù)目的數(shù)據(jù)
采用本方案的無(wú)線語(yǔ)音控制的智能家居系統(tǒng)結(jié)論:
(1)在空曠地帶控制范圍達(dá)9.3米,正常的家庭室內(nèi)控制范圍也能保證7米,符合普通家庭使用;
(2)靜夜環(huán)境下語(yǔ)音識(shí)別率達(dá)96%;
(3)在人正常說(shuō)話環(huán)境下語(yǔ)音識(shí)別率達(dá)88%;
(4)有無(wú)障礙物對(duì)發(fā)射信號(hào)的影響不大。
[1]高小平.中國(guó)智能家居的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].低壓電器,2005,(04).
[2]李守容.智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2012,(15).
[3]付蔚,唐鵬光,李倩.智能家居語(yǔ)音控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化儀表,2014,(01).
[4]陳喜春.基于LD3320語(yǔ)音識(shí)別專用芯片實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)音控制[J].電子技術(shù),2011,(11).