基于語音識(shí)別的遠(yuǎn)程多路智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘? 要：本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于語音識(shí)別的遠(yuǎn)程多路智能控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)以凌陽(yáng)16位單片機(jī)SPCE061A為控制核心，借助普通固定電話，通過識(shí)別來電者語音報(bào)出的預(yù)設(shè)密碼，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種家用電器的遠(yuǎn)程多路智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成本較低，能夠?qū)崿F(xiàn)被遙控電器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢及語音控制，可以廣泛應(yīng)用于各類家電或其他場(chǎng)合、其他電器的智能控制。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);語音識(shí)別;遠(yuǎn)程語音控制

中圖分類號(hào)：TN912.34;TP273? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）15-0176-03

Design of Remote Multiplex Intelligent Control System Based on Speech Recognition

MENG Fanwen

（Jiangsu Automation Research Institute，Lianyungang? 222061，China）

Abstract：This paper designs and implements a remote multi-channel intelligent control system based on speech recognition. This system takes Lingyang 16-bit single chip SPCE061A as the control core，with the help of ordinary fixed telephone， through identifying the preset password of caller’s voice report，realizes the remote multi-channel intelligent control system for various household appliances. The system is simple to implement and has low cost. It can realize real-time inquiry and voice control of the switching state of remote controlled electrical appliances. It can be widely used in intelligent control of various household appliances or other occasions and other electrical appliances.

Keywords：single-chip microcomputer;speech recognition;remote voice control

1? 背景綜述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，電話、空調(diào)、電暖氣等家用電器已走進(jìn)千家萬戶，為居民生活提供了諸多方便。同時(shí)，隨著日漸加快的生活節(jié)奏，人們希望通過一種自動(dòng)化、智能化的簡(jiǎn)易控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的遠(yuǎn)程控制。本文介紹了一種基于普通固定電話和SPCE061A單片機(jī)實(shí)現(xiàn)家用電器遠(yuǎn)程語音控制的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。借助該系統(tǒng)，用戶可通過普通語音電話的方式，遙控家中的電器，包括查詢和檢查家用電器的開關(guān)狀態(tài)，以及遠(yuǎn)程開關(guān)電器。

2? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1? 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)易的電話檢測(cè)、語音識(shí)別、訪問權(quán)限控制和遠(yuǎn)程控制功能。該系統(tǒng)持續(xù)檢測(cè)電話呼入情況，當(dāng)有電話呼入時(shí)，統(tǒng)計(jì)響鈴次數(shù)，當(dāng)響鈴N次仍未接通，則啟動(dòng)自動(dòng)接聽掛斷電路實(shí)現(xiàn)接聽，語音提示來電人員語音控制功能啟動(dòng)，要求以語音方式報(bào)出預(yù)設(shè)密碼;將語音識(shí)別結(jié)果與預(yù)設(shè)的遙控密碼進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，判斷是否進(jìn)入遙控狀態(tài)，若密碼驗(yàn)證失敗3次則自動(dòng)掛機(jī);語音遙控狀態(tài)下，首先語音播報(bào)當(dāng)前受控電器的電源開關(guān)狀態(tài)，然后等待語音控制命令;通過凌陽(yáng)SPCE061A內(nèi)置的語音辨識(shí)功能獲取控制命令，并根據(jù)命令執(zhí)行電器開機(jī)、關(guān)機(jī)等操作;設(shè)置完畢后，系統(tǒng)再次報(bào)出目前電源的狀態(tài)，根據(jù)用戶掛機(jī)命令執(zhí)行掛機(jī)。若來電者自動(dòng)掛機(jī)或者在一定時(shí)間內(nèi)沒有聽到任何聲音，則系統(tǒng)無語音提示，自動(dòng)掛機(jī)。若在預(yù)設(shè)響鈴次數(shù)前電話正常被接聽，則該系統(tǒng)功能不啟動(dòng)，不影響電話的正常通話使用。

2.2? 項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案

家用電器電話遙控裝置的硬件組成如圖1所示。主要由電源電路、電話狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路、電話自動(dòng)接聽掛斷電路、單片機(jī)控制和輸出控制電路和共計(jì)五個(gè)模塊組成。

2.3? 各功能模塊實(shí)現(xiàn)

2.3.1? 電源電路模塊

電話狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路及單片機(jī)需要5V工作電壓，而后繼控制電源導(dǎo)通電路需要15V的工作電壓，所以此系統(tǒng)需要提供兩種不同值的電壓。

電源模塊的兩種電壓均由220V交流電壓通過變壓器及三端穩(wěn)壓器7815和7805得到。其電路圖如圖2所示。工作原理為：交流220V電壓經(jīng)電源變壓器降壓、橋式整流橋（由四個(gè)二極管組成）整流、電容器濾波后，得到直流電壓。直流穩(wěn)壓電源主要負(fù)責(zé)對(duì)集成運(yùn)放和繼電器控制模塊供電。

另外，部分供電電路使用充電式鋰電池組，體積較小、電池容量大，能夠持續(xù)供電。鋰離子電池充滿電時(shí)的終止充電電壓約4.2V，終止放電電壓為2.5V～2.75V。由于鋰離子電池不適合用作大電流放電，過大電流放電時(shí)會(huì)降低放電時(shí)間，故我們?cè)谑褂脮r(shí)將鋰電池組進(jìn)行適當(dāng)串并聯(lián)，以增大其輸出電流，擴(kuò)大其容量，同時(shí)保證其較長(zhǎng)的供電時(shí)間。由于單片機(jī)置于外部并未裝入機(jī)盒，所以單片機(jī)使用鋰電池組供電。

2.3.2? 電話狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路模塊

電話狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路如圖3所示。該模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸入電壓值。由于語音信號(hào)、雙音頻信號(hào)等非振鈴信號(hào)的電壓差異較大，因此根據(jù)電壓值能夠準(zhǔn)確識(shí)別振鈴信號(hào)（75±15V，25Hz）。當(dāng)有振鈴信號(hào)從LINEA、LINEB輸入時(shí)，該振鈴信號(hào)的交流電壓經(jīng)過一個(gè)橋式整流電路D1和電容電感濾波電路后，由光電耦合器進(jìn)行處理，并輸出脈沖信號(hào);該脈沖信號(hào)為小脈沖，經(jīng)由雙D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成大方波信號(hào)后，送至單片機(jī)。

2.3.3? 電話自動(dòng)接聽掛斷電路模塊

振鈴信號(hào)通過通用IO口輸入單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行振鈴統(tǒng)計(jì)，當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)振鈴次數(shù)后，單片機(jī)輸出高電平自動(dòng)接聽信號(hào)，驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通，控制電源模塊的繼電器吸合，實(shí)現(xiàn)電話自動(dòng)接聽。當(dāng)語音控制結(jié)束后，單片機(jī)取消高電平接聽信號(hào)輸出，三極管截止，繼電器斷開，實(shí)現(xiàn)電話自動(dòng)掛機(jī)，如圖4所示。

2.3.4? 單片機(jī)控制模塊

單片機(jī)控制模塊是整個(gè)智能語音控制系統(tǒng)的核心模塊，該模塊控制整個(gè)系統(tǒng)電路的工作狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別、密碼校驗(yàn)、智能控制等人機(jī)交互功能。本系統(tǒng)采用的是SPCE061A單片機(jī)，該型單片機(jī)可靠性較高、穩(wěn)定性較強(qiáng)、集成度較好、中斷處理能力較強(qiáng)，具有功能豐富、高效率的指令集，且能夠在低電壓低功耗的條件下正常工作。較之其他單片機(jī)，凌陽(yáng)SPCE061A可方便地用來實(shí)現(xiàn)聲音的錄制和播放，MIDI音樂合成和語音識(shí)別等涉及語音的功能，因?yàn)槠鋬?nèi)部自帶雙通道DAC音頻輸出，經(jīng)過放大能夠直接驅(qū)動(dòng)喇叭播放語音。

2.3.5? 輸出控制電路模塊

采用三極管及繼電器控制家電電源開關(guān)。繼電器有常開點(diǎn)和常閉點(diǎn)，當(dāng)常閉點(diǎn)之間的線圈有電流通過的時(shí)候，常開點(diǎn)吸合，當(dāng)電流消失后斷開。故而可以通過其實(shí)現(xiàn)弱電控制強(qiáng)電，即電源控制的開關(guān)，如圖5所示。

3? 軟件模塊設(shè)計(jì)

3.1  實(shí)現(xiàn)功能

本系統(tǒng)的軟件控制程序，主要實(shí)現(xiàn)電話狀態(tài)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)接聽掛斷控制，語音提示及語音識(shí)別、密碼校驗(yàn)、電器控制等功能。

3.2? 軟件流程圖

此程序用SPCE061A的C語言實(shí)現(xiàn)一系列功能。主程序流程圖如圖6所示。

程序啟動(dòng)后，首先是系統(tǒng)初始化階段，檢測(cè)單片機(jī)語音識(shí)別功能是否已經(jīng)過訓(xùn)練，如未經(jīng)訓(xùn)練則立即開始訓(xùn)練，并重新檢測(cè)訓(xùn)練狀態(tài);當(dāng)檢測(cè)到已成功完成訓(xùn)練，則清看門狗，開中斷，進(jìn)入睡眠等待狀態(tài)，持續(xù)監(jiān)測(cè)振鈴狀態(tài);當(dāng)檢測(cè)到振鈴且無人接聽后，判斷振鈴是否達(dá)到4次，如未到4次則計(jì)數(shù)，并繼續(xù)監(jiān)測(cè)振鈴，直至監(jiān)測(cè)到振鈴4次后，則發(fā)出語音提示，提示來電者語音報(bào)出密碼，并清除看門狗開始獲取語音密碼并開始辨識(shí)，如成功辨識(shí)，則識(shí)別是否為主人來電或是否為正確密碼，如身份驗(yàn)證失敗，則重新提示報(bào)出密碼，直至成功辨識(shí)到主人或正確密碼;驗(yàn)證密碼正確后，語音提示請(qǐng)主人吩咐，繼續(xù)辨識(shí)命令，并根據(jù)命令進(jìn)行開關(guān)電源等操作，并給出語音提示。如果識(shí)別到掛機(jī)命令，則進(jìn)行掛機(jī)，回到睡眠狀態(tài)，等待下一次來電。

4? 結(jié)? 論

本文所介紹的基于語音識(shí)別的遠(yuǎn)程多路智能控制系統(tǒng)，解決了目前一些家用電器遠(yuǎn)程遙控裝置存在的如穩(wěn)定性差、容易遭受惡意攻擊等缺點(diǎn)，提供了一種簡(jiǎn)易遙控裝置的實(shí)現(xiàn)方法。其實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，安全穩(wěn)定，功能靈活多樣，可廣泛用于各類家用機(jī)工業(yè)電器的開關(guān)狀態(tài)檢查及遠(yuǎn)程自動(dòng)化、智能化語音控制。

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作者簡(jiǎn)介：孟凡文（1987-），女，漢族，山東日照人，工程師，碩士研究生，研究方向：電子信息系統(tǒng)與智能裝備。