基于语音识别的逃跑型闹钟

柏梦媛 王胜兰

摘 要：本项目采用单片机和语音处理芯片相结合，当语音芯片接受到声音信号时，产生电信号通过单片机控制I/O接口电路输入给单片机，通过单片机控制的时钟达到定时后即开启闹铃，并启动开关，使闹钟能自动避障运动。

关键词：单片机;语音识别控制;运动避障

现在世面上有一种在叫醒过程中能运动的闹钟，迫使人不得不起床关闭闹钟的基础上，加上简单的语音识别功能，使其能与人进行简单的交流，方便人们的生活，最终达到完全叫醒的效果，同时也向智能家居迈进一步。

本设计从闹钟语音处理入手，使用LD3320语音芯片作为一种微控制器，其内嵌4KB的FLASH和2KB的RAM能够存储所需的数据和程序，再以AT89C51单片机作为核心完成语音控制小车的设计，使之不仅能够具有前进，后退，左转，右转，避障等基本程序控制功能，而且还具备有语音控制功能。

1 语音控制方案

单片机语音控制系统设计的思路是应用语音识别技术，由单片机控制其他的外围器件，使其在人们的语音指令下工作。但是对于计算机系统来说，语音识别的难点在于采集和识别信号时因其环境和发声体的不同，具有不确定性、动态性和连续性。本设计采用语音芯片LD3320作为语音采集处理核心，通过和单片机相连实现语音控制闹钟。通过软件设计再加上简易的硬件电路做成的电路，结构简单，操作容易，人机界面友好，且价格低廉。其控制系统示意图如下图1：

图1语音控制系统示意图

工作流程：语音识别模块是通过麦克风采取接收外界的语音命令，对接收到语音进行特征提取后，与原有语音进行对比识别，然后交由单片机处理。

2 系统硬件设计

2.1 语音模块 本设计采用了LD3320语音识别芯片和相关控制电路，设计实现了声控闹钟的语音控制系统。由于LD3320芯片集成了语音识别处理器和外部电路，包括AD和DA转换器、麦克风、声音输出等接口，且不需要外接任何的辅助芯片，它最大的好处是识别的关键词语列表是可以任意动态编辑的。

其工作过程为：当将识别的关键词字符串输入到芯片内部的时候，单片机会对采集到的语音样本进行分析处理，从中提取出语音特征信息，建立一个特征模型，在识别阶段，单片机对采集到的语音样本也进行类似的分析处理，提取出语音的特征信息，然后将这个特征信息模型与已有的特征模型进行对比，如果二者达到了一定的匹配度，则输入的语音被识别。

语音识别用初始化（包括通用初始化）→写入识别列表→开始识别，并准备好中断响应函数，打开中断允许位。

2.2 单片机模块 本设计采用AT89C51单片机，设置LCD显示、蜂鸣器等作为外围电路，利用它高性能、高速度、体积小等特点，避免了元器件种类、个数繁多而引起的硬件电路结构过于复杂，这个硬件电路包括单片机电路和小车控制电路，51板硬件电路包含AT89C51最小系统、电源电路、LCD接口电路、蜂鸣器电路等模块。当外界无信号时，单片机模块控制LCD显示器显示出当前时间，若接收到来自于语音芯片的脉冲时，单片机控制蜂鸣器电路工作，同时启动小车控制电路进行避障行走。

2.2.1 闹钟模块。时钟芯片采用DS1302，它是一款具有高性能、低能耗、带RAM的实时时钟，用它作为计时芯片具有计时准确、耗电量小的优点。当声音通过语音芯片转换成脉冲信号传至主控电路中时，时钟电路通过显示驱动MAX7219来驱动LCD显示电路显示时间，MAX7219是微处理器与LCD数码管显示构成的，通过内部的BCD译码器、多路扫描控制器和自驱动器和外部的电阻设置LCD显示器的字段电流。

2.2.2 小车模块。本设计采用AT89C51单片机为核心控制闹钟逃跑时的智能避障车系统，选定了超声波-光电接近开关传感器作为避障方案，当语音信号传入AT89C51单片机内部处理后，路径信号传入I/O口用于小车的运动控制决策，内部定时器发出信号驱使电机对智能车进行加速、减速和转向控制。在电机的驱动方面，我们利用四个I/O端口分为两组分别实现驱动和转向两个电机的正传、反转和停止三种状态的控制。

3 软件设计

本设计中语音识别工作时采用的是中断方式进行，首先，对芯片内部和语音识别用初始化，完成软复位、模式设定及时钟频率的设定，以激活内部数据处理模块為识别做好准备，接下来，将识别关键字写入列表中，每一个识别条目对应一个特别的编号，每个识别条目都是由准普通话的小写汉语拼音构成。最后，当声音通过麦克风传入后，芯片对收集到的信号进行特征提取然后与关键字进行对比，对比成功后交由单片机，单片机通过阀门触发小车，小车在直流电机的驱动下开始运动，同时小车上的超声波-光电接近开关传感器为前行避障提供了保障。

4 结论

本文主要介绍了语音芯片在闹钟控制和小车控制上的充分应用，实现了通过语音控制闹钟的设定和小车运动，在硬件方面，利用单片机的高速执行速度、内置的硬件乘法器等为语音处理提供了强大基础。在软件方面，采用汇编语言和C语言的编程，语音芯片中丰富的语音资源函数为编程提供了很大的方便。本设计成功实现了语音控制功能，操作比较简单。

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