智能語音識別控制器的設計

馬建富 譚科華 張劉愈

摘要：智能控制系統是建立起一種更便捷的控制為目的，而繁瑣的傳統鍵盤和按鈕操作已不能滿足要求，所以需要建立一個更方便、更智能、更加人性化的人機控制方式，由此一種擺脫雙手束縛的智能語音識別控制技術應運而生。本文設計的初衷為現代化智能便民家居實行語音控制。涉及技術有音頻采集、音頻濾波處理、音頻應答數據庫的建立，以及基于STM32C8T6的實時嵌入式控制系統，可以實現家居電器的集中監測和語音智能控制。

關鍵詞：STM32C8T6;音頻采集;語音識別;智能控制

中圖分類號：TN912.34?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1672-9129（2020）16-0093-01

1 引言

設計是基于聽覺的新型人機交互方式，目前主流的語音控制技術是基于統計模式的數據庫對比方案，其運算量大，預算復雜，對設備內存和運算速度提出了較高的要求;嵌入式語音識別系統相比于其他的語音識別系統，雖然其運算速度與內存容量較小，但是它具有體積和成本投資小、功耗低、可靠性高、安裝靈活等優點，特別適用于智能家居、消費電子產品等微控制領域。。

2 系統的硬件設計

本次設計的智能語音識別控制系統的主體硬件設計框圖如圖1所示。

如圖1所示，本設計由STM32F103C8T6主控器、LD3320語音識別/聲控模塊、JQ8400 語音硬解碼模塊、12V供電系統組成。

2.1主控制電路：主控電路采用的是ST公司的，基于ARM Cortex—M3 32位RISC內核的STM32F103C8T6芯片。該芯片工作頻率最高可達72 MHz，內置高速存儲器以及豐富的增強I/O端口，為該控制器控制外圍電路提供了可靠保障。

2.2語音識別模塊：采用LD3320芯片，是一款非特定人語音識別芯片，其提供的語音識別技術，是基于“關鍵詞語列表”的識別技術，識別語句內容可以動態編輯修改，只需要主控STM32把識別關鍵詞語的識別碼串通過設置寄存器的方式傳入芯片內部。

2.3 JQ8400語音硬解碼模塊：我們采用的是一線串口控制，JQ8400與STM32串口2進行連接，用于識別語音后喇叭發出聲音，由于JQ8400的驅動能力較弱，因此我們常采用其附加的8002A進行音頻放大。

2.4 12V供電系統組成：控制部分所涉及的電源是3.3V-5.0V之間弱電，它采用統一的5V1A標準電源適配器供電，3.3V電源采用AMS117 -3.3V降壓模塊得到。

3 系統的軟件設計

設計的程序設計主要分為三部分;STM32嵌入式中控系統、LD3320語音識別、JQ8400-FL音頻硬解碼輸出的設計。

3.1 STM32嵌入式中控系統：我們設計是基于ARMCortexTM-M3 32位的RISC內核的STM32F103C8T6芯片為中控的語音采集的實時控制系統，為對信息的采集、處理、任務的分層化處理、系統的響應速度提出較高的要求，它采用源碼公開、可移植、占先式的μC/OS-II實時多任務操作系統。

3.2 LD3320語音識別：由于LD3320 芯片上集成了高精度的 A/D 和 D/A 接口，可以實現語音識別/聲控/人機對話功能。并且只需要把識別的關鍵詞語以字符串的形式傳送進芯片，即可以在下次識別中立即生效。其編程流程為：初始化—STM32中編寫識別列表并傳入LD3320—識別對比—響應中斷。

3.3 JQ8400-FL音頻硬解碼輸出：JQ8400-FL語音芯片采用SOC方案，采用硬解碼的方式，更加保證了系統的穩定性和音質。在語音內容更換上，只需要跟換 SPI-flash 內的語音內容，簡化了傳統語音芯片需要安裝上位機才能更換語音的難題。在音頻輸出上，STM32與JQ8400-FL通過串口通信的模式將需要播放的音頻識別碼傳入，以達到音頻的輸出。

4 設計總結

我們設計的成果是一個基于STM32C8T6微控制器的智能語音識別控制器，可以通過語音控制一些常用的開關，或者控制一些智能設備，有語音播報提醒功能。設備采用離線的語音采集芯片LD3320，采用非特定人語音識別技術，不需要用戶進行錄音訓練;可動態編輯的識別關鍵詞語列表，只需要把識別的關鍵詞語以字符串的形式傳送進芯片，即可以在下次識別中立即生效;支持用戶自由編輯 50 條關鍵詞語條，即在同一時刻，最多在 50 條關鍵詞語中進行識別，終端用戶可以根據場景需要，隨時編輯和更新這 50 條關鍵詞語的內容，可適用于各種環境和各種條件下的控制。設計的硬件電路原理圖如圖2所示。

智能語音識別控制器的設計建立了一個既可通過語音遠程控制又可通過手動控制來實現對外部設備進行控制的系統，設備的控制呈現多元化，可根據不同的場景選擇不同的控制方式，語音遠程控制能建立一個更方便、更智能、更加人性化的人機控制方式，由此解放人們的雙手，有一定的應用價值。

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