基于凌陽單片機實現的智能別墅語音控制系統

廣東 楊旭方

基于凌陽單片機實現的智能別墅語音控制系統

廣東 楊旭方

本文應用凌陽單片機SPCE061A語音技術及其相關算法，以門、電燈、電視、風扇等家用日常設備為被控對象，設計了一套智能別墅語音控制系統，并以此來展開凌陽單片機語音技術的實際應用。

凌陽單片機；智能別墅；語音識別

一、概述

隨著社會發展，人們渴望更加人性化、和諧化交流，傳統人機交流工具——鍵盤、顯示器等越來越不能滿足人們的要求，嚴重影響了人們的工作質量和工作效率，因此，研究工作者提出了一種全新解決方案，即語音識別技術。

語音是人類最常用和最重要的交流工具之一，語音識別技術就是讓機器能識別人類語音并執行相關語音命令，使機器具有聽力和語言表達能力，從而實現人機更高層次的交流[1]。

二、系統設計思想

智能別墅語音控制系統總體架構框圖如圖1所示，它由語音采集模塊、語音前級處理模塊、語音訓練模塊、語音識別模塊、語音提示模塊和輸出控制模塊組成。

（一）語音采集模塊

語音采集模塊主要完成信號調理和信號采集等功能，它將原始語音信號轉換成語音脈沖序列，因此該模塊主要包括聲/電轉換、信號調理和采樣等信號處理過程。

（二）語音前級處理模塊

語音前級處理模塊的主要功能是濾除干擾信號、提取語音特征矢量，并將提取的語音特征矢量量化成標準語音特征矢量，因此該模塊主要包括語音預處理、特征提取、矢量量化等語音信號處理過程。

（三）語音訓練模塊

語音訓練模塊的主要功能是將多次采集、提取的語音特征標準矢量進行概率統計，提取說話人的最佳語音特征標準矢量，防止因說話人心情、環境等因數引起提取特征參數不準確而影響語音識別效果，因此該模塊主要包括概率統計、參數評估等處理過程，用隱馬爾可夫模型（HMM模型）實現。

圖1 語音控制系統總體設計框圖

（四）語音識別模塊

語音識別模塊的主要功能是將重新采集的標準語音特征矢量與語音模板庫中的語音模型進行比較，判斷當前語音命令功能，因此該模塊主要包括矢量比較與參數評估兩個過程。

（五）語音提示模塊

語音提示模塊的主要功能是根據語音識別的結果提示用戶進行相關操作或說明當前完成的功能，因此該模塊主要包括調用提示語音資源文件、D/A轉換、信號放大等語音處理過程。

（六）輸出控制模塊

輸出控制模塊的主要功能是根據語音識別的結果輸出相應的控制信號，實現門、電燈、電視、風扇等日常設備的語音控制功能，因此該模塊主要包括信號驅動、輸出控制器和被控對象。

（七）語音模板庫

語音模板庫的主要功能是存儲訓練后的最佳標準語音特征矢量。

三、系統平臺構建

本設計以家用日常設備為控制對象，充分利用凌陽單片機SPCE061A提供的內/外部硬件資源、庫函數和微機提供的錄音機工具，構建了智能別墅語音控制的系統平臺。

本設計采用的凌陽單片機內部資源豐富，且具有體積小、性能好、可靠性高等特點，在嵌入式語音控制系統得到了廣泛應用，尤其是豐富的語音功能庫函數，更是開發者的首選[2]。

智能別墅語音控制系統硬件構建平臺如圖2所示。

圖2 智能別墅語音控制系統硬件構建平臺

本設計利用凌陽IDE2.0開發環境及其提供的C語言編寫，系統配套的軟件構建平臺如圖3所示。

圖3 智能語音控制系統軟件構建平臺

系統軟件構建平臺主要使用到初始化存儲器函數BSR_Delete SD Group（0）、播放提示語音函數Play Respond()、語音訓練命令函數Train Word()、識辨器初始化函數BSR_Init Recognizer（Audio Source）和獲取語音識別結果函數BSR_Get Result（void），各函數主要功能如下：

（一）BSR_Delete SD Group（0）

該函數的主要功能是初始化存儲器SRAM。參數“0”代表選擇SRAM，并初始化。其返回值作為判斷SRAM初始化成功的標志，返回0代表初始化成功，返回-1代表初始化失敗。

（二）Play Respond（Respond ID）

該函數的主要功能是播放提示音，“Respond ID”代表播放的語音段（用計算機采集）。

（三）Train Word（int Word ID,int Train Mode）

該函數的主要功能是語音訓練，其中“Word ID”表示命令序號，“Train-Mode”表示訓練次數（有ONCE和TWICE兩種選擇）。語音訓練主要用HMM模型實現。

（四）BSR_Init Recognizer（Audio Source）

該函數的主要功能是初始化語音識別器，“Audio Source”表示語音資源來源，有BSR_MIC（話筒輸入）BSR_LINE_IN（模擬電壓輸出）兩種選擇，這里選擇BSR_MIC。

（五）int BSR_Get Result（void）

該函數的主要功能是獲取語音識別結果，若識別成功返回命令序號，否則返回0（無法識別）、-1（識別器為初始化）或-2（識別不合格）。該函數的本質是一個比較、判斷器，即將重新采集的語音標準特征矢量與訓練產生的最佳標準特征矢量進行比較，并根據比較結果輸出相應的控制信號。

四、結束語

語音識別在人機通信中有著重要的意義，它能提高我們的生活質量和工作效率，讓我們的生活和工作更人性化、和諧化，具有廣闊的應用前景。本文應用凌陽單片機語音技術及其相關算法，實現了門、電燈、電視、風扇等常用辦公電器的語音控制。

[1]侯媛彬，袁益民，霍漢平.凌陽單片機原理及其畢業設計精選.北京:科學出版社，2006.

[2]姚文冰，姚天任.穩健語音識別技術發展現狀及展望.信號處理，2001，17(6).

This article uses Lingyang Single-chip Computer SPCE061A Speech Recognition Technology and the relative arithmetic;and it is based upon the controlled objects such as door,lamps,T.V.set and electric fans to design a speech control system of smart housing;thus to spread the specific applications of Lingyang Single-chip Computer Speech Recognition Technology.

Lingyang Single-chip；Computer Smart Housing；Speech Recognition

（作者單位：廣東省電子信息技工學校）

（編輯 李艷華）