一種基于語音識別芯片A的家電語音控制器設

一種基于語音識別芯片AP7003的家電語音控制器設計摘要：基于新型的低成本低功耗語音識別芯片AP7003開發(fā)了一種簡單實用、能供普通房屋使用的家電語音控制器。介紹了該家電語音控制器的設計原理、基本功能及其操作說明，使用中識別率達到75％以上。關鍵詞：語音識別家電語音控制

特定人識別

智能房屋AP7003是功能比較簡單的語音識別芯片，其芯片電路中僅集成了MCU、A/D、D/A、ROM，并在MCU中固化語音識別程序，方便使用。基于該芯片開發(fā)了一種低成本的家電智能語音控制器，使用戶能通過語音實現(xiàn)對家用電器的控制。1語音識別芯片AP70031.1語音識別芯片AP7003簡介AP7003是一款新型、低成本語音識別專用芯片，經預處理后可識別12組不同的字詞，每組時長1.5秒，可連詞或單詞識別。其I/O口有2個普通輸入、4個觸發(fā)輸入、12個輸出、2個LED驅動。采用2.4~2.5V的工作電壓，具備低功耗模式，指令優(yōu)化，方便用戶使用。AP7003包括AP7003-1(由CPU串行控制)和AP7003-2(由按鍵直接控制)兩種型號。它具有高度的可編程性，使用簡單方便，可廣泛應用于語音控制的家電、玩具、自動答錄等領域。其中用AP7003-2構成的語音識別電路，結構簡單、外圍元器件少，設計、制作、調試及操作十分容易。因此選用AP7003-2為家電語音控制器的核心。1.2AP7003的結構AP7003內置有麥克風放大器、A/D轉換器、語音處理器和I/O控制器等電路，其功能框圖如圖1所示。AP7003-2為雙列直插40腳封裝，引腳功能見表1。表1AP7003-2引腳功能槍引腳職名稱悼功能信描述屋GN好DD

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倘高電選平輸這入端1.3AP7003-2典型應用電路AP7003-2有兩種按鍵模式，PIM1接高電平，為12鍵模式；PIM1接低電平，為8鍵模式。這里采用12鍵控制模式，其典型應用電路如圖2所示。POSL接低電平，POA1～POA12輸出為低電平有效；POSL接高電平，POA1～POA12輸出為高電平有效。語音識別電路的操作分為兩大部分，首先必須將標準字句錄入，其次才進入識別操作模式。在需要做識別操作時，目標字句必須已存入內部的12個存儲區(qū)，可以用鍵盤來選擇存儲區(qū)或用適當?shù)拿羁刂茖⒆志滗浫?，每個存儲區(qū)可以存放長達1.5s的字句。2家電語音識別控制器的系統(tǒng)設計根據(jù)AP7003-2的性能和特點，設計了一個低成本的家電語音識別控制器，可以實現(xiàn)電燈、電視機等電器的語音控制?？紤]到0市場上購買的電器都為成品，無法進行二次開發(fā)，很難對這些電器進行改造，因此只能通過語音控制開關或電源插座來間接實現(xiàn)對這些電器的語音控制。該套語音控制系統(tǒng)與原來的手動開關并用，在不影響原有功能和可靠性的基礎上，增加語音控制功能，以方便用戶，提高生活水平。2.1家庭語音識別控制器的功能AP7003-2具有12個輸出口，每2個輸出口控制一種電器（一個控制開，一個控制關），因此一片AP7003-2可以控制6種不同的電器。當所需控制電器多于6種時，增加語音識別芯片數(shù)量即可。根據(jù)用戶需求和所用硬件的性能，設計的家庭語音識別控制器具有以下功能：(1)語音識別控制器安裝在房屋的墻壁上，通過雙絞線與所控電器如走廊燈、客廳燈、電視等相連。對語音識別控制器發(fā)出語音指令便可以控制這些電器的動作；(2)語音識別控制器可以準確識別出“走廊燈開”、“走廊燈關”、“電視開”、“電視關”等語音指令，并有相應的控制信號輸出，準確地控制各種電器的開關；(3)根據(jù)使用場合和所控對象的不同，可設置不同的語音命令進行識別。2.2家庭語音識別控制器的結構家庭語音控制電路的核心是AP7003-2語音識別集成電路。外圍電路由語音輸入電路、狀態(tài)轉換控制電路、鍵盤控制電路和輸出控制電路等組成。語音控制電路原理圖如圖3所示。語音輸入電路的功能是采集說話者的聲音并濾波后送入控制芯片進行處理。參照AP7003-2的典型應用電路圖進行設計，語音輸入電路由麥克風MIC，電阻R5、R6、R7，電容C4、C5等組成。狀態(tài)轉換控制電路的功能是控制按鍵個數(shù)、輸出口輸出電平、輸出后是否清零以及狀態(tài)燈等，由三極管T1，發(fā)光二極管D1、D2，電阻R1、R2、R3、R4，電容C1、C2、C3等組成。鍵盤控制電路的功能是用戶在訓練語音控制器時輸入相應的指令，各按鍵功能在后面會詳細介紹。采用薄膜小鍵盤，與端口PIT1~3和POB1~4相連，其設計參照AP7003-2的典型應用電路。輸出控制電路的功能是根據(jù)語音控制芯片的輸出信號控制電器的動作。由三極管T2～T7、繼電器J1～J6和RS觸發(fā)器RS1～RS6等組成。2.3語音控制電路的工作原理標準語音控制命令事先可用按鍵控制，通過用戶的訓練，由外部的麥克風MIC錄入，存儲在內部的存儲器中。正常使用時，AP7003-2處于識別操作模式，用戶發(fā)出的語音命令由MIC轉換成模擬電信號送至AP7003-2內部，經MIC放大器放大及A/D轉換器后變?yōu)閿?shù)字信號。輸入的語音被聲音處理器特征抽樣，同存儲在內部的目標字句的抽樣特征進行比較，必須與所選擇的識別目標字匹配，才會將輸出信號送至相應的PA口(POA1～POA12)，否則芯片不會有輸出。因為POSL端接高電平，所以相應的PA口輸出為高電平。同時，LED2端由高電平變?yōu)榈碗娖剑òl(fā)光二極管D2點亮指示識別成功），晶體管T1導通，PORES端變?yōu)楦唠娖?，PA口復位為低電平，等待下一命令的輸入。由此可見，當語音識別成功后，PA端實際輸出一個高電平脈沖。若控制“開”的端口（POA1）輸入脈沖至RS觸發(fā)器的R端，此時控制“關”的端口（POA2）仍為低電平，因此觸發(fā)器的Q端輸出高電平，晶體管T2導通，繼電器J1的觸點閉合，電燈點亮。若POA2輸入脈沖至RS觸發(fā)器的S端，此時POA1仍為低電平，因此觸發(fā)器的Q端輸出低電平，晶體管T2截至，繼電器J1的觸點斷開，電燈關閉。3家庭語音識別控制器操作說明3.1按鍵設置功能說明該語音控制器采用12鍵控制模式。語音控制器上電后，POB1~POB4均被置成低電平。當有鍵按下時，芯片按POB1→POB2→POB3→POB4的順序依次發(fā)出鍵盤掃描信號，掃描信號為16ms低脈沖加64ms間隔，且循環(huán)進行，按鍵信號從PIT1~PIT4輸入芯片。鍵盤陣列如表2所示，各按鍵功能如表3所示。表2AP7003-2鍵盤陣列州端口足PO夏B1鑼PO交B2叨PO宗B3似PO劈B4出PI絨T1

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謝將芯罩片轉宏入省暈電模至式秤清除狀12曠個存擱儲體蓋內容接，進瓦入存牙儲目友標詞賓狀態(tài)3.2使用說明(1)本家庭語音識別控制器采用5V直流電，使用前需裝入2節(jié)5#電池。經過改造，也可采用直流變壓器供電。(2)在使用語音控制器之前，用戶應先對語音控制器進行訓練，輸入標準語音。另外，本語音控制器采用特定人識別方式，如果發(fā)出指令的用戶更換，需重新進行訓練。具體做法為；先按下C鍵，清空內存，進入存儲目標詞狀態(tài)，此時LED1點亮。然后按下1鍵，此時LED1和POA1有效，輸入標準語音，如“走廊燈開”，存儲到第一個存儲器。依次按下其他按鍵，存入新的標準語音。(3)校核訓練情況。標準語音存儲后，系統(tǒng)進入識別狀態(tài)，LED1亮。依次說出剛才訓練的語句，看相應動作能否執(zhí)行。若能執(zhí)行，則說明訓練成功；否則說明相應語句訓練不成功，需重新按下對應鍵進入訓練狀態(tài)，直到識別成功。(4)訓練成功后，即可進入識別模式狀態(tài)進行工作。當需要進行語音控制時，說出相應語句，如“走廊燈開”等。若識別成功，則LED2點亮，執(zhí)行相應動作，打開走廊燈。(5)語音控制其對外部麥克風（MID）的分貝值有一定的要求。使用經驗表明，本語音控制器選用55dB的麥克風時效果較好。經多次驗證，本語音控制器具有較高的識別率，一般可達75％以上。