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基于语音识别和RFID技术的智能门禁系统研究0.引言RFID(RadioFrequencyIdentification)即无线射频识别，是一种短距离无线通信技术。与其它短距离无线通信技术WLAN、蓝牙、红外、ZIGBEE、UWB相比，最大的区别在于RFID是被动工作模式。RFID技术采用大规模集成电路计算、电子识别、计算机通信等技术，通过读写器和安装于载体上的RFID标签，实现对载体的非接触识别和数据信息交换，加上其方便快捷、识别速度快、数据容量大、使用寿命长、标签数据可动态更改等特点，因此较条码而言具有更好的安全性、动态实时通信等优点，所以被广泛应用于家庭、宾馆、公司等门禁系统。ASR(AutomaticSpeechRecognition),即语音识别技术，其目标是将人类语音中的词汇内容转换为计算机可读的输入数据。ASR技术所要解决的问题是让计算机能够“听懂人类的语音，将语音中包含的文字信息“提取出来。ASR技术在“能听会说的智能计算机系统中扮演着重要角色，相当于给计算机系统安装上“耳朵使其具备，“能听的功能，从而实现信息时代利用“语音这一最自然、最便捷的手段进行人机通信和交互。将RFID技术和ASR技术运用到门禁系统，能使门禁系统更加安全、人性化和智能化。1.总体结构设计图1为系统总体的硬件结构框图。系统以凌阳SPCE061A单片机为核心器件、结合射频识别(RFID)技术和语音识别技术实现系统双重安全性，并采用了LCD12864显示用户刷卡信息。门禁系统还通过串口与上位机进行通信。用户先刷卡，单片机将获取的卡号与自身RAM中的卡号进行比较，如果卡号相同，则进行语音识别。若用户的语音特征模型与系统已有的语音特征模型吻合，系统便打开电子锁。在刷卡时，单片机使用RS232串口协议与上位机通讯，从而使上位机能得到用户数据和刷卡信息，并且可以添加、删除用户。射频识别技术使用的是射频读卡模块和非接触式ID卡，这样避免了磁卡刷卡时与读卡器的摩擦，大大提高了硬件的使用寿命。凌阳SPCE061A单片机内部含有语音功能，能够完成语音录制、语音播放、语音采样及语音识别等任务。同时，凌阳SPCE061A单片机语音识别的误辨率低，可以弥补卡片丢失后，不法分子利用卡片开启门禁进入大门的缺陷。12864液晶显用户卡号、刷卡时间、刷卡次数并显示卡号是否错误。620)this.style.width=620;"border=0alt=基于语音识别和RFID技术的智能门禁系统研究src="技术2021/kx5k21ivmrn2021.jpg">系统总体硬件结构框图2.主要硬件电路设计本设计主要硬件电路包括射频卡读卡器电路和电子锁驱动电路。2.1射频卡读卡器电路原理及组成当射频卡读卡器与卡进行数据传输时，读卡器发出的信号由两部分叠加组成：一部分是载波信号(125KHz)该信号由卡接收后，与卡自身的LC电路产生一个瞬间电量来供给卡内芯片工作;另一部分是指令和数据信号，控制卡片的芯片完成数据的读取、储存等功能，并返回信号给读卡器。图2为射频卡读卡器电路图。射频卡读卡器电路由信号计数模块、分频模块、线圈、滤波模块、放大模块和整形模块组成。分频模块和计数模块产生的125KHz正弦信号通过线圈为射频卡提供了载波。射频卡经线圈的感应后，载波和数据信号一起进入滤波模块。载波和数据信号经滤波后，载波被滤除，只剩下信号。信号在经过放大和整形模块后，输出有效信号。620)this.style.width=620;"border=0alt=基于语音识别和RFID技术的智能门禁系统研究src="技术2021/fx0lfu3hocw2021.jpg"width=400>图2射频卡读卡器电路图2.2电子锁驱动模块电路组成与原理图3为电子锁驱动模块的电路图。该模块电路由光耦、NPN三极管和达林顿三极管组成。当单片机IO端为高电平时，光耦导通;同时Q1的NPN三极管导通;由于Q1的发射极连接达林顿管Q2的基极，因此达林顿管导通，从而驱动电子锁。620)this.style.width=620;"border=0alt=基于语音识别和RFID技术的智能门禁系统研究src="技术2021/moilwdkl4312021.jpg">图3电子锁驱动模块电路图3.语音识别功能的实现凌阳单片机语音识别只分为“训练“识别和两个阶段。在训练阶段，单片机对采集到的语音样本进行分析处理，从中提取语音特征信息，建立特征模型。在识别阶段，单片机对采集到的语音样本进行同样地分析处理，提取出语音的特征信息，然后将这个信息与已有的特征模型进行比较，如果二者达到一定的匹配度，则输入的语音被识别。为了避免单片机每次上电都必须重新进行语音样本“训练的缺点，本设计的语音识别功能在上述原理的基础上，加入了将语音样本模型写入FlashRom的过程，“训练只需一次即可重复进行语音识。图4是语音识别的程序流程图，程序先判断FlashRom中是否有语音模板，若有则进行语音识别。若FlashRom中没有语音样本模板，则开始进行样本的“训练在，“训练结束后，“训练将得到的语音样本模板存入FlashRom，然后开始语音识别。620)this.style.width=620;"border=0alt=基于语音识别和RFID技术的智能门禁系统研究src="技术2021/beehg0zjgu02021.jpg">图4语音识别程序流程图4.上位机实现现在有许多编程语言可用来编写上位机，VB、C+、如C#、JAVA、图形化语言等等。考虑到C#语言含有以下几个优点：(1)C#语言类似C语言，若有C语言的基础，那么C#编程就容易得多了。(2)C#语言含有许多现成的控件可直接调用，减少了软件开发的周期。(3)上位机界面与Windows操作系统内出现的界面相同，用户使用更方便快捷。因此本系统的上位机是在VisualStudio编程环境下，采用C#语言编写的。图5为上位机软件树形结构图，上位机通过与下位机串口通讯，得到用户卡号、刷卡时间、用户进门次数的数据，并将这些信息存入数据库。上位机还可对卡号进行添加/删除以控制门禁系统的用户数。620)this.style.width=620;"border=0alt=基于语音识别和RFID技术的智能门禁系统研究src="技术2021/nhp30szw42b2021.jpg">图5上位机软件树形结构图5.总结本文介绍了以凌阳SPCE061A单片机为核心，结合射频卡读卡模块、语音识别模块、LCD12864显示模块和上位机的智能门禁系统的实现。具体优点如下：一方面，该门禁系统使用的是RFID射频识别技术，即通过非接触式ID卡来刷卡。避免普通磁卡刷卡时与读卡器的摩擦，提高硬件使用寿命。另一方面，本设计还应用语音识别功能。只有特定人员才能进入门禁系统，提高了门禁系统的安全性，也避免了卡片丢失时不法分子利用卡片进入门禁的缺点。从实验结果来看，系统已基本实现了预期设定的功能，运行较稳定，效果良好。1