一种基于语音识别芯片AP7003的家电语音控制器设1hhpz.docx

一种基于于语音识识别芯片片AP770033的家电电语音控控制器设设计摘要：基于新新型的低低成本低低功耗语语音识别别芯片AAP70003开开发了一一种简单单实用、能能供普通通房屋使使用的家家电语音音控制器器。介绍绍了该家家电语音音控制器器的设计计原理、基基本功能能及其操操作说明明，使用用中识别别率达到到75以上。关键词：语音识别 家电语音控制  特定人识别  智能房屋 AP70003是是功能比比较简单单的语音音识别芯芯片，其其芯片电电路中仅仅集成了了MCUU、A/D、DD/A、RROM，并并在MCCU中固固化语音音识别程程序，方方便使用用。基于于该芯片片开发了了一种低低成本的的家电智智能语音音控制器器，使用用户能通通过语音音实现对对家用电电器的控控制。11 语音音识别芯芯片APP700031.1 语语音识别别芯片AAP70003简简介APP70003是一一款新型型、低成成本语音音识别专专用芯片片，经预预处理后后可识别别12组组不同的的字词，每每组时长长1.55秒，可可连词或或单词识识别。其其I/OO口有22个普通通输入、44个触发发输入、112个输输出、22个LEDD驱动。采采用2.422.5VV的工作作电压，具具备低功功耗模式式，指令令优化，方方便用户户使用。AP7003包括AP7003-1(由CPU串行控制)和AP7003-2(由按键直接控制)两种型号。它具有高度的可编程性，使用简单方便，可广泛应用于语音控制的家电、玩具、自动答录等领域。其中用AP7003-2构成的语音识别电路，结构简单、外围元器件少，设计、制作、调试及操作十分容易。因此选用AP7003-2为家电语音控制器的核心。1.2 AP7003的结构AP7003内置有麦克风放大器、A/D转换器、语音处理器和I/O控制器等电路，其功能框图如图1所示。AP7003-2为双列直插40脚封装，引脚功能见表1。 表1 AAP70003-2引脚脚功能引脚名称称功能描述述GNDDDLEDD1LEED2PPOB11POOB4PPIT11PIIT4VVDDDDCAPPVOSSC1PPIM112TTESTTPOSSLGNNDATTREFFA2OOUTAA1INNA1OOUTMMICPPVDDDAPOOA1POAA12PPOREES数字地低低电平LLED11驱动端端低电平平LEDD2驱动动端输出出端口BB低电平平触发输输入端，带带上拉电电阻正电电源与地地之间必必须连接接一电容容以调整整内部电电压振荡荡器频率率控制端端模式控控制输入入端测试试端输出出端口AA的输出出模式选选择器模模拟地语语音输入入的临界界控制端端第二个个放大器器输出端端第一个个放大器器的负极极输入端端第一个个放大器器输出端端麦克风风的正极极电源模模拟电压压端输出出端口AA1AA12高高电平输输入端1.3 AP770033-2典典型应用用电路AAP70003-2有两两种按键键模式，PPIM11接高电电平，为为12 键模式式；PIIM1接接低电平平，为88键模式式。这里里采用112键控控制模式式，其典典型应用用电路如如图2所所示。PPOSLL接低电电平，PPOA11POOA122输出为为低电平平有效；POSSL接高高电平，PPOA11POOA122输出为为高电平平有效。语音音识别电电路的操操作分为为两大部部分，首首先必须须将标准准字句录录入，其其次才进进入识别别操作模模式。在在需要做做识别操操作时，目目标字句句必须已已存入内内部的112 个个存储区区，可以以用键盘盘来选择择存储区区或用适适当的命命令控制制将字句句录入，每每个存储储区可以以存放长长达1.5s的的字句。2 家电语音识别控制器的系统设计根据AP7003-2的性能和特点，设计了一个低成本的家电语音识别控制器，可以实现电灯、电视机等电器的语音控制。考虑到0市场上购买的电器都为成品，无法进行二次开发，很难对这些电器进行改造，因此只能通过语音控制开关或电源插座来间接实现对这些电器的语音控制。该套语音控制系统与原来的手动开关并用，在不影响原有功能和可靠性的基础上，增加语音控制功能，以方便用户，提高生活水平。2.1 家庭语音识别控制器的功能AP7003-2具有12个输出口，每2个输出口控制一种电器（一个控制开，一个控制关），因此一片AP7003-2可以控制6种不同的电器。当所需控制电器多于6种时，增加语音识别芯片数量即可。根据用户需求和所用硬件的性能，设计的家庭语音识别控制器具有以下功能：(1)语音识别控制器安装在房屋的墙壁上，通过双绞线与所控电器如走廊灯、客厅灯、电视等相连。对语音识别控制器发出语音指令便可以控制这些电器的动作；(2)语音识别控制器可以准确识别出“走廊灯开”、“走廊灯关”、“电视开”、“电视关”等语音指令，并有相应的控制信号输出，准确地控制各种电器的开关；(3)根据使用场合和所控对象的不同，可设置不同的语音命令进行识别。2.2 家庭语音识别控制器的结构家庭语音控制电路的核心是AP7003-2语音识别集成电路。外围电路由语音输入电路、状态转换控制电路、键盘控制电路和输出控制电路等组成。语音控制电路原理图如图3所示。语音音输入电电路的功功能是采采集说话话者的声声音并滤滤波后送送入控制制芯片进进行处理理。参照照AP770033-2的的典型应应用电路路图进行行设计，语语音输入入电路由由麦克风风MICC，电阻阻R5、RR6、RR7，电电容C44、C5等等组成。状态转换控制电路的功能是控制按键个数、输出口输出电平、输出后是否清零以及状态灯等，由三极管T1，发光二极管D1、D2，电阻R1、R2、R3、R4，电容C1、C2、C3等组成。键盘控制电路的功能是用户在训练语音控制器时输入相应的指令，各按键功能在后面会详细介绍。采用薄膜小键盘，与端口PIT13和POB14相连，其设计参照AP7003-2的典型应用电路。输出控制电路的功能是根据语音控制芯片的输出信号控制电器的动作。由三极管T2T7、继电器J1J6和RS触发器RS1RS6等组成。2.3 语音控制电路的工作原理标准语音控制命令事先可用按键控制，通过用户的训练，由外部的麦克风MIC录入，存储在内部的存储器中。正常使用时，AP7003-2处于识别操作模式，用户发出的语音命令由MIC转换成模拟电信号送至AP7003-2内部，经MIC放大器放大及A/D转换器后变为数字信号。输入的语音被声音处理器特征抽样，同存储在内部的目标字句的抽样特征进行比较，必须与所选择的识别目标字匹配，才会将输出信号送至相应的PA口(POA1POA12)，否则芯片不会有输出。因为POSL端接高电平，所以相应的PA口输出为高电平。同时，LED2端由高电平变为低电平（发光二极管D2点亮指示识别成功），晶体管T1导通，PORES端变为高电平，PA口复位为低电平，等待下一命令的输入。由此可见，当语音识别成功后，PA端实际输出一个高电平脉冲。若控制“开”的端口（POA1）输入脉冲至RS触发器的R端，此时控制“关”的端口（POA2）仍为低电平，因此触发器的Q端输出高电平，晶体管T2导通，继电器J1的触点闭合，电灯点亮。若POA2输入脉冲至RS触发器的S端，此时POA1仍为低电平，因此触发器的Q端输出低电平，晶体管T2截至，继电器J1的触点断开，电灯关闭。3 家庭语音识别控制器操作说明3.1 按键设置功能说明该语音控制器采用12键控制模式。语音控制器上电后，POB1POB4均被置成低电平。当有键按下时，芯片按POB1POB2POB3POB4的顺序依次发出键盘扫描信号，扫描信号为16ms低脉冲加64ms间隔，且循环进行，按键信号从PIT1PIT4输入芯片。键盘阵列如表2所示，各按键功能如表3所示。 表2 AAP70003-2键盘盘阵列端口POB11POB22POB33POB44PIT11PITT2PIIT3KEY11KEYY5KEEY9KEY22KEYY6KEEY100KEY33KEYY7KEEY111KEY44KEYY8KEEY122表3 AAP70003-2键盘盘功能键号键名按键功能能12344567891011112C存储语句句1存储语语句2存储语语句3存储语语句4存储语语句5存储语语句6存储语语句7存储语语句8设置级级别1设置级级别2清零待机清空内存存选择第一一个存储储体存储储录入的的语音选选择第二二个存储储体存储储录入的的语音选选择第三三个存储储体存储储录入的的语音选选择第四四个存储储体存储储录入的的语音选选择第五五个存储储体存储储录入的的语音选选择第六六个存储储体存储储录入的的语音选选择第七七个存储储体存储储录入的的语音选选择第八八个存储储体存储储录入的的语音设设置语音音识别的的匹配度度，进入入语音识识别初始始状态清清除POOA1POAA12和和LEDD2的状状态，进进入语音音识别初初始状态态将芯片转转入省电电模式清清除122个存储储体内容容，进入入存储目目标词状状态3.2 使用说说明(11)本家家庭语音音识别控控制器采采用5VV直流电电，使用用前需装装入2节节5#电电池。经经过改造造，也可可采用直直流变压压器供电电。(22)在使使用语音音控制器器之前，用用户应先先对语音音控制器器进行训训练，输输入标准准语音。另另外，本本语音控控制器采采用特定定人识别别方式，如如果发出出指令的的用户更更换，需需重新进进行训练练。具体体做法为为；先按按下C键键，清空空内存，进进入存储储目标词词状态，此此时LEED1点点亮。然然后按下下1键，此此时LEED1和和POAA1有效效，输入入标准语语音，如如“走廊廊灯开”，存存储到第第一个存存储器。依依次按下下其他按按键，存存入新的的标准语语音。(3)校校核训练练情况。标标准语音音存储后后，系统统进入识识别状态态，LEED1亮亮。依次次说出刚刚才训练练的语句句，看相相应动作作能否执执行。若若能执行行，则说说明训练练成功；否则说说明相应应语句训训练不成成功，需需重新按按下对应应键进入入训练状状态，直直到识别别成功。(4)训练成功后，即可进入识别模式状态进行工作。当需要进行语音控制时，说出相应语句，如“走廊灯开”等。若识别成功，则LED2点亮，执行相应动作，打开走廊灯。(5)语音控制其对外部麦克风（MID）的分贝值有一定的要求。使用经验表明，本语音控制器选用55dB的麦克风时效果较好。经多次验证，本语音控制器具有较高的识别率，一般可达75以上。参考文献1 李胜.语音控制应用系统设计.机械工程学报，2002，(S1).2 Aplus Integrated Circuits INC.AP7003-2(Voice RecognitionIC)Application Note.2000，9.3 吴少军，张维平，沈永福.新型语音识别电路AP7003及其应用.电子技术应用，2001，(7).4 李文联.语音识别集成电路AP7003及其应用.电子技术应用，2003，(8).