语音控制系统

语音控制系统 周 屹 陈东影 田 鸿 (哈尔滨市统计局哈尔滨1500104615695) 4—385 擒要首先，本文提出了单片机语音控制系统的系统结构．然后介绍丁由YYH402语音芯片构成的语 音电路以及单片机对其控翩的硬件设计，最后介绍系统的软件设计思想和流程。 关奠词语音控制 系统结构 SoundControlSystem ZhouYi(；henDongyingTianHong (Harb／nStatisticBureauHarbin1500104615695) ABSTRACTFirst，thispaperadvancesystemStl"UCtUreofsingle-chipsoundcontrolsys- tem．Then，introducesoundelectrocircuitbymakeofYYH402soundCMOSCHIP．Along withhardwaredesignofsingle-chipcontrolit．Finallyintroducethesystemofsoftwarede· signideaandflow． KEYWORDSSoundcontrolSystemstructure 1引 言 自进入90年代以来，国外各大集成电路厂家都在开发语音芯片．主要有T6668、YYHl6和 YYH402等几种类型。其中YYH402功能最强，它只需配备少量的外围电路就可直接使用 SRAM62256或EPROM27256录放音，广泛地应用在留音机、语音报警、仪器读数等场合。 但是．在实际应用申YYH402还存在着一些局限性，其一是一片SRAM62256(或 EPROM27256)存贮容量只有32KB，录音时间短；其二是它只能存贮一段内容，不能满足同时存贮 多段内容的要求。 为此，我们研制了“单片机语音控制系统”，将MCS一51单片机引入YYH402语音控制系统 中，采用单片机控制YYH402的录、放、停等信号，以及扩充的存贮器片选和高位地址，从而实现了 任意扩充录音时间、同时存贮多段语音内容的功能．并且利用单片机硬件易扩充和可编程等特点， 进一步扩充系统功能。 2系统结构和功能 2．1系统结构 如图l所示。该系统由YYH402语音子系统和Mcs一51单片机子系统构成。其中，YYH402 4—386 口匿]————正圈叵 62256 8155l()l I()lI⋯”l 图1系统结构 语音子系统由YYH402语音芯片及外围电路和两片RAM62256存贮器组成，主要负责语音信号的 输入、转换、处理、存贮和输出。MCS一51单片机子系统由8031单片机、EPROM2732存贮器、扩 展的I／O接口以及键盘和显示器组成，主要负责人机交互、系统管理和对YYH402语音子系统的 控制。 2．2系统功能 a．系统具有语音录放功能，可作为固体录音机使用。 b．系统可同时存贮四段语音内容，并可根据语音内容长短进行变长存贮。 c．可以定时放出指定段录音内容，放音时间可编程．并且设置时间顺序不受限制。 d．系统具有存贮和显示时间、日期等电子表功能，并可通过键盘对其设置、修改。 3硬件设计 3．1 YYH402语音子系统设计 3．1．1YYH402简介 Y'YFl402是专用语音处理芯片，只需配备少量的外围电路。就可构成语音录放系统。如图2所 示，YYH402的MICI、MICO、ADI为话筒(MIC)信号输入端。vd为内部参数电平，通过一个0． 1td电容接地。FILl、DAO为内部滤波器外接元件输入端。FILO为音频信号输出。经LM386放大 驱动扬声器发声。OSCl、OSC0为外接电感、电容端，产生YYH402的工作频率．根据用户对录放 时间T长短的要求可以选择LC的参数，T=16LC／(47*47)秒，I．C越大．录放时间T越长。如选 电感I。=100t-H，电容c为20PF，则一片SRAM62256存贮器录放时间约为14秒。PLAY、REC和 STOP分别为放音、录音和停止端。Vssa为数字地线。Vsm为模拟地线，两种地线在电路板中只有 一个公共接点。 3．1．2扩充存贮器的控制 原YYH402可直接与两片 SRAM62256相连，录放音时间长短与 一片SRAM62256相同，只是采样频率 提高了一倍。在不提高采样频率的前提 下。为了增加录放时间．现将YYH402 与两片SRAM62256相连。使全部录放 音时间扩充一倍，并将其分为四个段。 具体控制如下：将YYH402的数据线D， 一DD、地址线A13一A0和控制线R／Ⅳ 与两片SRAM62256相应端直接相连， YYH402的A14和CS闲置不用，改用 图2 YYH402语言子系统 叭 4—387 单片机的PI．1和P1．o对两片SRAM62256的A14和琶季进行控制，从而不仅可扩充存贮量，而且将整 个存贮器分段进行管理。存贮器分段的定义如下： 3．1．3录放音信号的控制 YYH402的PLAY端由单 片机的Pl。控制，高电平有效， YYH402的REC端由单片机的 PI．3控制，高电平有效。YYH402 的STOP端由单片机的P12控 制，低电平有效。 在录音时，首先由单片机的 P1o(CS)PIl(A14)g“Ⅲ 0 0 0段第一片 0 1 1段 l 0 2段第二片 1 1 3段 PI．4发出高电平信号控制YYH402的REC端。同时由单片机的P10和P1l给出选中SRAM的段 号。然后从话筒输入语音信号，YYH402将其处理成数字量存贮在指定的SRAM段中。单片机可 通过Pl2输出低电平到YYH402的STOP端，使其停止录音。在放音时。由单片机的Pl3输出高电 平到YYH402的PLAY端．这时由P1．o和P1．I选中的SRAM中指定段的存贮内容将读入 YYH402，经过语言信号处理后，通过放大驱动电路送入扬声器发声。在录放音时，YYH402媳 BUSY为高电平，晶体管导通，LED发光，表示该系统正处于录放音状态。 3．2单片机子系统的设计 如图3所示．单片机子系统由8031单片机、程序存贮器2732、地址饿存器373和并行I／O接 口8155构成，CPU系统工作的振荡频率为6MHz。其中8155接口用于系统扩充键盘和显示．以便 于人机交互。键盘是由12个键组成，分别定义为数字键0～9，控制键shift和reset。12个键排成4 *3矩阵。其中reset是复位键，Shift是功能转换键，它和数字键配合使用，可实现链的复用。显示 器是由6个数码管组成，根据系统的工作状态分时显示：①时、分、秒．②段号、录放音时间．③年、 月、日、星期，④出错信息。 单片机是通过单行f／o接口 8155与键盘和数码管相连。为了提 高8155的驱动能力。增加了两片 244总线驱动器。8155的PA口输 出经过244驱动后既作为数码管的 位选线，又作为键盘的输入线；PB 口输出经过244驱动后作为数码管 的段选线；PC口接收键盘输出信 号。其中PA口、PB口和PC口在 系统中的地址分别为7F01H、 7F02H、7F03FI。为了减少硬件电 路，这里采用键盘电路和显示器数 码管电路共用位选线的方法。由于 图3单片机子系统 键盘是采用逐行扫描方法。数码管显示是采用动态扫描方法，因此程序在扫描键时．PA口输出为 选位，PB口输出为全0，即数码管全熄灭，由于扫描一遍键盘只需几十微秒时间，对显示来说不受 影响，而扫描键盘去抖动时间所需为延时(5—10ms)，正好由数码管的扫描过程时间(约6MS)来充 当，所以这种设计是合理的。 4—388 单片机的8031的P1口作为输出控制口．Plo～Pt．4分别控制YYH402语言子系统的西、 A1¨—ST—OP、REc和PLAY控制端。 4软件设计 4．1主程序模块 如图4所示。主程序首先进行系统初始化，包括栈顶设置、定时器工作方式和计数初值设置、中 断方式和优先级设置、清除工作单元等。然后系统进入工作状态，先设置标准时间数码管将进行时 间计时显示。之后系统可设置放音时间并进行录音，当系统当前时间与设置放音时间相等时，系统 自动接通语音电路，放出事先录制的语音内容。系统在工作过程中不断刷新时间显示和扫描键盘， 若有键接下．则转入相应处理子程序。其中： a．设置系统时间子程序完成校时功能。即设置系统的时、分、秒值。 b．设置放音时间和录音子程序，完成设置放音时间和录制放音内容，其中时间的设置不受先后 顺序影响。系统响应是按时间先后进行。 c．检查修改设置时闻内容子程序，完成对系统已设置的时间和录音内容进行检查和修改。方便 用户使用。 d．设置和显示日期、星期子程序可完成对系统的年、月、日、星期的设置和显示。 4．2时间裘的数据结构 为了使系统具有变长存贮语 音内容的功能．将较长时间一段 的语音内容存贮在两段或两段以 上空间，使系统有更大的灵活性， 我们在软件设计上采用了时间表 的数据结构。 每段的时间表均占4个字节 存贮单元，其中。第一字节为标志 位，第二、三、四字节分别为该段 放音时间的时、分、秒值。 标志位的具体定义如下： D7=1该段被使用 0该段是空段 136=1该段是头段 0该段不是头段 D5=1该段是尾段 0该段不是尾段 当D5=0时，134--130表示邻接下段的段号。 当D5=1时．134～DO无效。 图4主程序框图 如图5所示．06：00：00时刻放音的内容占用了语音信号存贮器的0 段和2段．08：30：oo时放音的内容占用了1段．3段存贮器没有被使用。 这样．系统通过管理时间表即可完成对变长录放音的控制。 4．3录音控制模块 框图如图6所示。 4．4放音控制模块 框图如图7所示。 图6录音控制模块 4—389 110000Io 06 Oo oo 111××××× 08 30 oo 图5时间表的效据结构 5结束语 图7放音控翻模块 单片机语音控制系统运行稳定，使用方便。该系统具有较强的扩充性．可根据具体录音时间长 短要求，扩充存贮器容量和调整分段时间。它适用于工厂、学校和车站等公共场所定时进行固定内 容的语音提示。也可将个人的每天工作日程随时用语言输入该系统，它可作为“电子秘书”按时 用语音提示使用者。因此。该系统具有广阔的应用前景。 参考文献 I张毅刚等编．Mcs一51单片机应用设计哈尔滨工业大学出版社，1990． 2孙涵芳等编．Mcs一51／96单片机原理及应用．北京航空学院出版社。1988 × 嚣“ 鬈“ 她 ㈣ 删 ㈣删 嘛枷 般 语音控制系统 作者： 周屹， 陈东影， 田鸿 作者单位： 哈尔滨市统计局(哈尔滨) 相似文献(10条) 1.学位论文 王雁 语音识别技术在智能遥控电话中的应用研究 2008 随着人们生活水平的逐渐提高和电子、通信技术的不断进步，智能家居也日益被人们所接受。然而在人机接口方面还只是局限于手动操作，如按键和触摸屏等，没有实现真正的人机对话，解决这一问题的一种办法是将语音识别技术引入到智能家居中。本文对语音识别技术在智能遥控电话中的应用研究进行了研究。主要研究内容及结果如下：
　　 ⑴充分利用凌阳SPCE061A非常适合处理数字语音信号的特点，设计了一套基于SPCE061A的智能家居系统。该系统能进行语音指令的识别和执行，大大改善了人机交互界面。
　　 ⑵利用电话网，采用双音频解码芯片MT8870实现了对家用电器的远程控制。无需另外布线，使系统结构更加简单。
　　 ⑶在凌阳IDE2.0.0环境下，利用C语言、汇编语言进行软件编程，底层驱动程序采用汇编语言，对外给出C语言的调用接口。语音方面的程序以库的形式给出，由于SPCE061A处理芯片内已封装了高效的语音播放及识别接口函数，建立语音命令模型，包括提示性的语音播放命令和程序内部操作处理命令等。
　　 ⑷提出了利用凌阳SPCE061A单片机来实现把语音识别应用于电话控制中，实现了语音控制家用电器。本系统的每一个接口电路如振铃检测、模拟摘挂机、语音提示、双音频解码电路都已经过交换机在线实验，具有很强的实用性。该系统具有人机交互性好、结构简单、可靠性好、性价比高等优点，更易于推广和应用。 2.期刊论文 苗志全.张波.MIAO Zhi-quan.ZHANG Bo 家电语音控制系统的初步实现 -华北科技学院学报2006,3(4) 自制开发了家电语音控制系统,设计了一些软、硬件,包括命令的执行、编程方法等.该家电语音控制系统结构简单、造价便宜,在同类产品中有明显优势. 3.学位论文 李守轩 轮椅机器人语音识别控制系统的研究与实现 2007 机器人发展至今，智能机器人成为研究的热点之一。对于机器人的控制，语音控制无非是最自然、最便捷的控制方式。语音识别技术使机器人能听懂人的自然语言，由识别得到的信息可以作为声控信号应用到机器人的多种技术领域。智能轮椅作为助老/助残服务机器人系列产品中的一个重要研究领域，将语音识别技术应用于普通轮椅，用语音来控制轮椅的 运动为使用者带来了极大的方便。因此研究并开发实用的机器人语音识别控制系统对于智能机器人的广泛应用具有重要的意义。论文的主要内容如下： 首先，实现了轮椅机器人语音指令识别算法。基于语音识别的原理，对轮椅语音指令进行了预滤波、数字化、预加重处理、分帧、小波降噪和双门限端点检测；对 Mel 频率倒谱系数(MFCC)与线性预测倒谱系数(LPCC)的性能进行了对比分析，选取性能较好的 MFCC 作为识别特征参数，采用动态时间规整(DTW)的高效算法，实现了易于硬件实现、识别性能较 好、执行效率较高的轮椅机器人语音指令识别算法。 其次，设计完成了轮椅机器人的语音识别控制系统。采用凌阳16位单片机SPCE061A作为系统核心，完成了轮椅机器人语音识别控制系统的硬件设计；基于SPCE061A的集成开发环境编写了轮椅语音识别控制系统的软件。实验结果表明，实现的语音识别控制系统的识别性能及轮椅运动的机械性能较好。同时，该系统结构简单，性价比高，易于功能扩展和移植 ，具有广阔的应用前景。 4.期刊论文 陶遇春.庞家柳.TAO Yu-chun.PANG Jia-liu 基于K-10协议的智能配电系统 -广西科学院学报2006,22(4) 利用集DTMF双音多频、遥控、计算机等技术为一体的K-10电力载波通信协议设计自动智能配电系统.该系统的硬件结构分为总控制器、功能控制器、迷你遥控器、控制终端和电话远程语音控制五大部分,软件结构分为总控制器、功能控制器和控制终端三大模块.该系统以交流电力线为控制信号传输总线,省却了布置控制线路的麻烦,结构简单、实用性好,能够 实现现代家庭、办公楼宇的电器控制、照明控制、线路配电、安全监控等方面的自动化、智能化. 5.学位论文 谷延军 可穿戴计算中的信息采集及低功耗技术研究 2008 近年来，随着科学技术日新月异的发展，计算机向着高性能、微型化方向发展的速度也越来越快。半导体技术的提高和嵌入式技术的应用，使得传统意义上的计算机己缩小至板级、芯片级，在这种技术背景下，人们对当今计算机的应用提出了一种新的需求--可穿戴计算机。 可穿戴计算机与普通计算机的区别在于其摆脱了传统计算机要求使用时间、地点相对固定等特点，不再是传统意义上的键盘输入、屏幕显示等固定的硬件连接模式，与之相比，可穿戴计算机的使用时间和地点不受限制，且具备了语音控制、人体信息采集、微型LCD显示、远程无线通讯等功能。可穿戴计算机是一个所有信息输入、数据输出均以人体环境为核 心，软、硬件均可重构的一个人机合一的计算机系统。由于可穿戴计算机体积小，可随身携带，对于在需要将人手解放出来的计算机应用场合具有重要的应用价值。 本课题的研究内容为“可穿戴计算中的信息采集及低功耗技术研究”，主要研究任务是：设计并实现一个总体的可穿戴计算机系统，根据可穿戴计算机的应用需求实现相关的信息采集，并对系统设计中的低功耗技术进行研究。 论文中对实现可穿戴计算中重要的数据采集模块进行了介绍并通过编程实现了各模块的应用，通过将研究的降耗理论对处理器及各模块的实施，论文最后给出了系统在各种降耗下的具体功耗数据，由功耗数据可以看出，采用了本论文中所研究的低功耗措施可以明显的降低系统功耗。本文研究的内容有助于实现一个具体的可穿戴计算机。 6.会议论文 陶遇春.庞家柳 基于K-10协议的智能配电系统 2006 利用集DTMF双音多频、遥控、计算机等技术为一体的K-10电力载波通信协议设计自动智能配电系统.该系统的硬件结构分为总控制器、功能控制器、迷你遥控器、控制终端和电话远程语音控制五大部分,软件结构分为总控制器、功能控制器和控制终端三大模块.该系统以交流电力线为控制信号传输总线,省却了布置控制线路的麻烦,结构简单、实用性好,能够 实现现代家庭、办公楼宇的电器控制、照明控制、线路配电、安全监控等方面的自动化、智能化. 7.学位论文 刘萌 基于SPCE061A的智能家居系统的设计 2007 随着人们生活水平的逐渐提高和电子、通信技术的不断进步，智能家居也日益被人们所接受。然而在人机接口方面还只是局限于手动操作，如按键和触摸屏等，没有实现真正的人机对话。解决这一问题的最好办法是将语音识别技术引入到智能家居中，针对这一状况本文主要从以下几个方面展开了研究： 第一，充分利用凌阳SPCE061A非常适合处理数字语音信号的特点，设计了一套基于SPCE061A的智能家居系统。该系统能进行语音指令的识别和执行，大大改善了人机交互界面。经检验，指令识别的准确率达到80％。 第二，利用电力线和电话线进行组网，采用双音多频编解码芯片MT8880和家庭自动化专用调制解调器ST7537HS1使整个家庭的电器、安全报警传感器与传输网络一体化，实现了对家用电器的远程智能控制和自动报警双向功能，有效地利用了现有的电力线资源，无需另外布线，使系统结构更加简单。 第三，在凌阳．IDE2.0.0环境下，利用C语言、汇编语言进行软件编程，低层驱动程序采用汇编语言，对外给出C语言的调用接口。语音方面的程序以库的形式给出，由于SPCE061A处理芯片内已封装了高效的语音播放及识别接口函数，所以在编写程序之前首先建立了语音命令模型，包括提示性的语音播放命令和程序内部操作处理命令等。程序中，语音识别 和放音分时复用TimerA FIQ中断，由标志位判断是语音识别处理还是放音处理。 论文首次提出了利用凌阳SPCE061A单片机来实现把语音识别应用于智能家居系统的方法，实现了语音控制家用电器。本系统的每一个接口电路(振铃检测、模拟摘挂机、语音提示、双音多频编解码等)都已经过交换机在线实验，具有很强的实用性。本系统使用最简单的电路、最便宜的芯片实现了完善的功能，与传统的智能家居系统相比，该系统具有人机交 互性好、结构简单、可靠性好、性价比高等优点，更易于推广和应用。 8.期刊论文 宋超.姜力.赵大威.SONG Chao.JIANG Li.ZHAO Da-wei 基于SPCE061A的多自由度假手语音控制系统的研究 -机械与电子2006,""(10) 介绍了利用语音识别和无线传输技术实现对多自由度假手的远程语音控制系统.用该语音控制系统弥补了基于肌电信号(EMG)和脑电信号(EEG)控制系统的不足.从而使多自由度假手进一步满足残疾人的需要,给残疾人带来更多的方便.该语音控制系统结构灵活紧凑,质量轻,能耗低,易于功能扩展,便于在以后的工作中增加用户所需的功能. 9.期刊论文 李守轩.张华.LIU Ji-zhong.刘继忠.杨武强.朱克华 基于SPCE061A的智能轮椅语音控制系统 -计算机工程2008,34(14) 应用语音识别技术实现了普通轮椅运动的语音控制系统,介绍了该系统的硬件和软件设计,通过语音识别和轮椅电机的驱动模块实现了轮椅的前进、后退、左拐、右拐、停止、加速、减速运动,根据运动要求通过语音实现轮椅的变速运动.基于SPCE061A的语音控制系统结构简单,性价比高,易于功能扩展和移植. 10.学位论文 涂志国 机器人视觉测量与控制研究 2004 该文是在国家高技术研究发展(863计划)机器人技术主题项目"宜人化双臂操作型服务机器人"和中科院知识创新工程项目"基于开放式机器人控制器的结构光视觉伺服控制"资助下开展的研究工作.主要针对机器人视觉测量、弧焊机器人视觉控制系统、宜人化机器人头部子系统以及相关软件设计方法等内容进行了研究.论文首先介绍了机器人视觉控制技术 的应用情况,讨论了机器人视觉伺服控制系统的体系结构和发展趋势,并对该文的选题背景和主要研究内容做了介绍.讨论了机器人的视觉测量方法,给出了一种双目视觉测量系统和一种基于结构光的双目视沉测量系统,并分析了产生视觉测量误差的原因.研制了一套基于视觉控制的弧焊机器人系统.该系统采用了基于结构光的双目视觉测量方法,能够自动识别和跟 踪焊缝轨迹,焊接控制模块能够自动启动或停止焊接任务,实验结果表明了该方法的有效性.设计并实现了宜人化机器人头部控制子系统.在分析宜人化操作机器人系统结构和功能的基础上,采用模块化的设计方法,开发研制了宜人化机器人头部,重点讨论了机器人的视觉控制、视觉监控和语音控制模块.最后,该文对所取得的研究成果进行了总结,并指出了需要继续 开展的工作. 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_353314.aspx 授权使用：洛阳工学院（河南科技大学）(wflskd)，授权号：988073b5-e041-45a4-8478-9e0c014532f1 下载时间：2010年10月11日