基于单片机的语音控制系统设计

【摘 要】本文基于SPCE061A单片机进行了语音控制系统的设计,该系统具有语音处理和自动化控制功能,该系统可以根据产品需求进行二次开发,系统设计结构简单、成本低、易实现的特点.

【关 键 词 】语音识别；自动化；控制

前言

我国早在七十年代末就开始了语音技术的研究,由于各方面实验设备技术普遍落后,发展很缓慢,期间大多数研究者主要集中在语音识别的基础理论、模型及算法等方面研究和改进.随着工业技术的发展和语音控制技术上的投入增加,我国在中文语音技术的基础研究方面取得了一系列研究成果.目前市场的语音控制系统的产品比较单一,本文基于SPCE061A单片机进行了语音控制系统的设计.

1.语音控制识别方法

一般来说,语音识别的方法有三种：基于声道模型和语音知识的方法、模式匹配的方法以及利用人工神经网络的方法.

(1)语音控制识别系统的结构.主要包括语音信号的采样和预处理部分、特征参数提取部分、语音识别核心部分以及语音识别后处理部分,图1给出了语音识别系统的基本结构.

语音控制识别的过程是一个模式识别匹配的过程.在这个过程中,首先要根据人的语音特点建立语音模型,对输入的语音信号进行分析,并抽取所需的特征,在此基础上建立语音识别所需的模式.而在识别过程中要根据语音识别的整体模型,将输入的语音信号的特征与已经存在的语音模式进行比较,根据一定的搜索和匹配策略,找出一系列最优的与输入的语音相匹配的模式.然后,根据此模式号的定义,通过查表就可以给出计算机的识别结果.

(2)基于语音学和声学的方法.该方法起步较早,在语音识别技术提出的开始,就有了这方面的研究,但由于其模型及语音知识过于复杂,现阶段还没有达到实用的阶段.

(3)模式匹配的方法.模式匹配方法的发展比较成熟,目前已达到实用阶段.在模式匹配方法中,需经过四个步骤：特征提取、模式训练、模式识别和判决.

(4)人工神经网络的方法.利用人工神经网络的方法是80年代末期提出的一种新的语音识别方法.人工神经网络(ANN)本质上是一个自适应非线性动力学系统,模拟了人类神经活动的原理,具有自适应性、并行性、鲁棒性、容错性和学习特性,其强的分类能力和输入-输出映射能力在语音识别中都很有吸引力.但由于存在训练、识别时间太长的缺点,目前仍处于实验探索阶段.由于ANN不能很好的描述语音信号的时间动态特性,所以常把ANN与传统识别方法结合,分别利用各自优点来进行语音识别.

2.控制系统设计

SPCE061A是凌阳科技研发生产的性价比很高的一款十六位单片机,使用它可以非常方便灵活的实现语音的录入识别和输出系统,该芯片拥有8路10位精度的ADC,其中一路为音频转换通道,并且内置有自动增益电路.这为实现语音录入提供了方便的硬件条件.两路10精度的DAC,只需要外接功放即可完成语音的播放.另外,凌阳十六位单片机具有易学易用的效率较高的一套指令系统和集成开发环境.在此环境中,支持标准C语言,可以实现C语言与凌阳汇编语言的互相调用,并且,提供了语音录放的库函数,只要了解库函数的使用,就会很容易完成语音录放,这些都为软件开发提供了方便的条件.SPCE061内还集成了一个接口,使得对该芯片的编程、仿真都变得非常方便,而在线仿真电路接口不占用芯片上的硬件资源,结合凌阳科技提供的集成开发环境用户可以利用它对芯片进行真实的仿真；而程序的烧写也是通过该接口进行下载.

(1)硬件设计.整个系统主要由键盘输入电路、MIC输入电路、语音输出电路、红外发射电路组成.通过分析按键命令或语音识别结果,利用正常的结果以红外指令码发出,控制电视机的运行,同时用语音提示.系统组成如图2所示.

(2)系统程序设计.在软件设计方面,采用模块化程序结构,当前方案包括初始化、键盘扫描、温度采集、温度播报、万年历时间计算、万年历播报、红外发射、语音识别、语音播放等模块.程序设计流程如图3所示.

3.结论

本文利用单片机设计了一类语音识别控制系统,系统简单实用,可开发性强可以在很多工业产品上使用.为工程开发设计人员提供了参考.