基于单片机语音识别的智能家居控制系统实现方案

２００６住　第４期　九江学院：学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｊｉｔＯｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ｎａｔｕｒａｌ　ｓｃｉｅｎｃｅｓ）　２ｏｏ６　ＮＯ．４　基于单片机语音识别的智能家居控制系统实现方案　胡森树　丁文斌　（１九江学院图书馆　２九江学院电子工程学院　江西九江３３２００５）　摘　要：本文利用了十六位ＳＰＣＦ３３６１Ａ单片机的强大的ＤＳＰ功能，实现了特定发音人识别（ＳＩ：，ｅａｋｅｒ　Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）功能。结合大容量的ＦＬＡＳＨ存储器，成功地实现将语青播放与识别技术应用于智能家居控　制系统中。另外，详细介绍了具有语音识别功能的新一代智能家居控制系统的硬件配置与软件流程，从　而在实现系统功能的同时，将低成本、低功耗与友好人机界面有机结合起来。　关键词：单片机；语音识别；智能家居　中图分类号：ＴＰ　３３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—３８３８（２００６）０４—１３００５一（０３）　１　引言　练，可以识别一群人的命令　我们将标准模式的存储　在传统的智能家居控制系统中，我们常采用不同次数　的“滴滴”声或不同的ＬＥＤ状态作为操作提示信息，提　示信息过于简单，不够直接，一般需要按照操作手册一步　一空问称之为“词库”，而把标准模式称之为“词条”或　“样板”。所谓建立词库，就是将待识别的命令进行频谱分　析，提取特征参数作为识别的标准模式。　识别过程首先要滤除输入语音信号的噪音和进行预加　重处理，提升高频分世，然后用线性预测系数等方法进行　步进行，而且容易ｉ＝ｎ错。另外，它的身份验证一一般只有　按键密码，在电话远程控制或门禁系统中容易被他人偷窥　从而导致安全隐患。而本文提供的语音界面的智能家居控　频谱分析，找出语音的特征参数作为未知模式，接着与预　先存储的标准模式进行比较，当输入的未知模式与标准模　式的特征相一致时，便被机器汉别，产生识别结果输出。　如果输入的语音与标准模式的特征完全…致固然好，但是　语音含有不确定　索，完全一致的条件｝　往不存在，事实　ｔ没有人能以绝对相同的语调把一个词说两遍，因此，预　制系统在完全实现家庭安全监控与智能化控制的基础上，　增加了以语音提示作为操作向导的人机交互界面，极大的　方便了系统设置与修改。同时，身份验证时，可以要求以　声音和键撒密码　时作为身份验证信息，杜绝了密码泄漏　造成的安全隐患。　语音识别技术是一种多维识别系统，基本结构如罔一　所示。语音识别系统与一般的模式识别系统类似，包括特　征提取，话音模式库，模式匹配３个基本单元　．　对于语音辨识主要有以下２种：　（１）特定发音人识别ｓＤ（Ｓｐｅａｋｅｒ　Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）：魁指　沿音样板ｒ｝】单个人训练，ｔＩ！．只能识别训练人的语音命令，　而他人的命令识别率较低或儿乎不能识别。　（２）非特定发音人识别ｓＩ（Ｓｐｅａｋｅｒ　Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）：是　先制定好计算输入语音的特征模式与各特征模式的类似程　度，或距离度的算法规则围化在ＲＯＭ中，把该距离最小，　即最类似的模式干１：为识别相应语音的手段。当然，影响ｉ只　别率的因素还有－－·些，如连续发音（如英语）与断续发音　（如汉语）的不同（　二者区别在于单词问隔有２００ｍｓ以ｊ　的空隙时问）。本打案采用特定人识别方式，将圳练的标准　样板存于　ＡＳＨ中，第一次使用时要进行训练，以后就可　以不受掉电影响识刷此人语音信息。　２系统总体方案介绍　：借语音样板由不同年龄、不同性别、不同口音的人进行训　本系统是以凌阳微控器ＳＰ（；Ｅ０６１Ａ为核心，由５部分　组成：　２．１　主控设备，选用ＳＰＣＥ０６１　Ａ单　机作为控制器的处理　器，加上基本的外围器件与音频放大模块，构成最小系　统，完成控制及语音处理功能　２．２监视设备，负贵监视家中的温度、门窗、人员出入。　２．３　信息传输设备，作为控制器的控制信息输入与报警　输出通道，即可以利用外接电话饥完成本地控制信息输　入，同时也支持用户远程控制，并负责报警信息的传输　图１语音ｉ￣Ｕ／．Ｉｒ　ｌ系统的照本结构　２．４无线收发模块：作为主控设备与监视设备及受控电　［收稿日期］２００６—０３—２０　维普资讯 http://www.cqvip.com

·６·　九江学院学报（自然科学版）　２００６年第４期　器的信息传输通道，采用市场　ｔ－最常见的３１５Ｍ无线收发　模块。　储。可以存储总共７分钟的语音信息，音质可以达到ＡＭ　广播质量。　２．５　电源模块：主要为外接９ＶＤＣ电源，内置可充电的电　作为家居安全设备，外置扬声器是不可缺少的部分，　它可以起到高音报警与语音威慑的作用。本系统中，单片　机有两路ＤＡ转换输出口，均可输出音频信息。其中一路　送往电话机线路，另外一路作为外置扬声器音源。　３．２蛉视设备　监视设备包括双鉴式红外微波探测器，　池，以备停电时使用。　这样，该系统就可以实现家中无人自动关闭电器节　能，打开报警监控系统，主人上班期间随时可以了解家中　情况，下班前自动打开空调等设备，人睡后自动关闭电饮　煤气与烟雾检测器，人体红外探测器，门窗磁开关，遥控　图２系统总体方案　水机等设备，开启相关防区报警系统的功能。　３系统硬件设计　３．１主控设备ＳＰＣＥ０６１Ａ里内嵌１６位３２Ｋ字的闪存　ＦＬＡＳＨ　ＲＯＭ，２Ｋ字ＳＲＡＭ，ＣＰＵ时钟最高可达４９Ｍ，带　有８通道１Ｏ位模一数转换输入功能，较高的处理速度使　ＳＰＣＥ０６１Ａ能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。　同时，休眠状态下耗电小于２ｔｚＡ，具有低电压复位／监测　功能，因此尤其适用于长期不问断工作的数字语音处理领　域。［　］　图３主控设备电路图　主控设备中扩展了一片２Ｍｂｉｔ的ＦＩ　ＡＳＨ存储器　ＡＴ２８Ｃ０２０，由ＳＰＣＥ０６１Ａ的１０口完成地址线、数据线和　控制线扩展功能。该存储器的用途为语音提示信息的存　器　图４监视设箭方案　３．３信息传输设备　信息传输设备用于本地与远程人机　交互操作的语音和控制信息的传输，是本系统的重要组成　和部分　本系统从电话机的分机接口接人，实时判断电话　线路的工作状态。信息输入是来自电话机的语音及双音频　信号。电话线路上面的音频信息能够送人单片机的麦克风　输人口，供单片机存储与识别。双音频信息则送入由　ＭＴ８８７０构成的双音频解码电路，解码信息送人单片机的　ＰＩＯＢ口。双音频拨号信息由单片机自行产生并送入电话线　路。在这个系统中，由ｆ单片机的１０口共３２个，不够用，　解决方法是把作为存储器地址线的ＰＩＯＢ口的１０１３０到ＩＯＩＭ　复用为双音频解码口。同时，把ＩＯＢ５到ＩＯＢＩ５复用为系　统工作状态指示灯。ＰＩＯＡ口复用为家电控制开关，可以控　制任意数量开关并监测６４个防区的状态，在ｌ０口复用为　非地址线功能时，只要存储器处于非使能状态，就不会对　存储器内的数据产生影响。　４结束　在完成软硬件设计后，我们对各个功能进行了试验。　在试验中，到＿ｒ晚上，本系统自动关闭所有窗帘，饮水机　等，打开周界防范设备如门磁、双鉴式探头等。到了早上　６点以后。只要发现房问内有人员活动，就自动开启相应　房间的窗帘，开启预设的电源开关并撤防。家中无人并设　防后，系统关闭所有预设电源，启动所有安防探测器。在　电话监测中，一旦发现电话线路处于工作状态，就启动双　音频监测工作，实时临测线路上的主人密码，若无密码输　入则不作任何动作，若有，则要求输入语音口令核对身份　并做相应的操作　整个系统设计简单可靠，成本低廉，人　机接口友好，保密性强。相比市面上普通的智能家居控制　系统而言，做到了性价比高，可靠性高的优点，可以说是　下一代智能家居的雏形。　维普资讯 http://www.cqvip.com

胡森树丁文斌：基于单片机语音识别的智能家居控制系统实现方案　－７·　瑚帏　图５信息传输设备电路周　图６系统程序流程及说明　参考文献：　［１］李晶皎．嵌入式语音技术及凌阳１６位单片机应用［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社２００３．８８—９１．　ＤＥＳＩＧＮ　ＡＮＤ　ｌ＝Ｉ　ＰＬＥＭＥＮＴＡＴＩｏＮ　ｏＦ　ＩＮＴＥＬＬＩＧＥＮＴ　ＨｏＵＳＥ　ＣｏＮＴＲｏＬ　ＳＹＳＴＥＭＳ　ＢＡＳＥＤ　ｏＮ　ＳＰＥＡＫＥＲ一玎）ＥＮＴＩＦＩＣＡＴＩｏＮ　ＨＵ　Ｓｅｎ—ｓｈｕ　ＤＩＮＧ　Ｗｅｎ—ｂｉｎ　（１　Ｊｉｕｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｌｉｂｒａｒｙ　２　Ｆａｃｕｌｔｙ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉｕｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｙ，ＪｉｔｕＪｉａｎｇ，３３２００５）　ＡＢＳＴＲＡＣＴ　Ａ　ｎｅｗ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ｓｐｅａｋｅｒ—ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ　ＳＰＣＥ０６１　Ａ　ＷａＳ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．　Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｆｌａｓｈ　ｓｔｏｒａｇｅ，ｔｈｅ　ｓｐｅｅｃｈ　ｂｒｏａｄｃａｓｔｓ　ａｎｄ　ｓｐｅａｋｅｒ—ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｈｏｕｓｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ，ｗｈｉｃｈ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｗｈｉｔｈ　ｌｏｗ—ｐｏｗｅｒｌｏｗ—ｐｒｉｃｅ，ｓｔｒｏｎｇ—ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆｒｉｅｎｄｌｙ　ｍａｉｌ—ｍａ－　，ｃｈｉｎｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，Ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｉｎｃｌｕｄｅｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ａｎｄ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｈｅ　ｆｉｒｍｗａｒｅ　ｏｆ　ＳＰＣＥ０６１　Ａ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ　ＭＣＵ，Ｓｐｅａｋｅｒ—Ｉｄｅｎｔｉｉｆａｂｌｅ，Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｈｏｕｓｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　（责任编辑陈平生）