基于語(yǔ)音技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、 引言心有多大，舞臺(tái)就有多大。每個(gè)人都懷揣著夢(mèng)想，想要更好的未來(lái)，想要更好的生活，所以每個(gè)人都在不斷奮斗和創(chuàng)新，這種創(chuàng)新不但推動(dòng)了個(gè)人的進(jìn)步，更推動(dòng)了社會(huì)的發(fā)展。于是人類(lèi)的生活越來(lái)越方便，人們的居住環(huán)境也越來(lái)越智能化。這種智能化在智能家居上就有很好的體現(xiàn)。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)在現(xiàn)代生活中有畫(huà)龍點(diǎn)睛的作用，與很多領(lǐng)域都息息相關(guān)。例如信號(hào)處理、HYPERLINK /doc/5408414.html模式識(shí)別、HYPERLINK /doc/2952526.html人工智能等領(lǐng)域。其中國(guó)內(nèi)中科院的自動(dòng)化所、清華大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)和高校等許多研究機(jī)構(gòu)都在從事語(yǔ)音識(shí)別領(lǐng)域的研究和開(kāi)發(fā)，并且國(guó)家863智能計(jì)算機(jī)專(zhuān)家組還為

2、語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)研究專(zhuān)門(mén)立項(xiàng)，并取得了高水平的科研成果1。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的目標(biāo)是將人類(lèi)的語(yǔ)言轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可讀的輸入?？茖W(xué)家們利用語(yǔ)音數(shù)據(jù)庫(kù)里大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到了在統(tǒng)計(jì)概率最優(yōu)化意義上的各個(gè)基元語(yǔ)音特征。并且將這些特征和語(yǔ)音模型轉(zhuǎn)化為硬件芯片。在使用這些芯片時(shí)，可以直接使用。遙控技術(shù)的出現(xiàn)要追溯于1960年，它雖然在60年代就出現(xiàn)了，但是由于種種原因，并沒(méi)有得到理想的發(fā)展。七十年代末，隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，遙控技術(shù)才得到快速發(fā)展。紅外遙控的特點(diǎn)是不影響周邊環(huán)境、不干擾其他電氣設(shè)備，同時(shí)也不容易被其他信號(hào)所干擾，是很好的信息傳輸媒體，所以目前它在通信方面被廣泛的應(yīng)用。51單片機(jī)是一

3、款具有有較強(qiáng)的抗干擾能力，運(yùn)行速度比較高，功耗比較低的單片機(jī)。它可以作為核心處理器來(lái)處理信息和控制其他設(shè)備，同時(shí)價(jià)格比較低廉，性?xún)r(jià)比很高，所以在很多系統(tǒng)中，都有其應(yīng)用。這些技術(shù)的配合51單片機(jī)，可以為本設(shè)計(jì)成功的模擬智能家居系統(tǒng)，方便了設(shè)計(jì)者對(duì)智能家居這一課題的研究和學(xué)習(xí)。智能家居可以為使用者提供更加舒適安全的生活環(huán)境，也可以幫助人們合理的分配和利用資源。智能家居系統(tǒng)的出現(xiàn)，讓人們的幸福感有所提升，符合現(xiàn)代人的生活理念，相信在不久的未來(lái)，它將會(huì)普遍被每一個(gè)家庭所應(yīng)用，讓人們每一個(gè)人，真正享受智能化的生活。2 智能家居系統(tǒng)的前期研究2.1 智能家居系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)2.1.1 國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)

4、狀早在20世紀(jì)80年代，世界上就有智能化的建筑出現(xiàn)。這個(gè)建筑出現(xiàn)在美國(guó)，它的智能化體現(xiàn)在它利用了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)去監(jiān)控樓內(nèi)的空調(diào)、照明等用電設(shè)備。同時(shí)可以提供語(yǔ)音通信和電子郵件等服務(wù)。在21世紀(jì)初期，出現(xiàn)了家庭的智能化系統(tǒng)。這種智能化系統(tǒng)應(yīng)用于許多的家庭中，幫助人們完成了許多的功能，方便了人們的生活。世界首富比爾蓋茨先生也耗資6000萬(wàn)美元打造屬于自己的高端別墅的智能家居系統(tǒng)?？萍荚诎l(fā)展，國(guó)外的這種技術(shù)也在不斷的完善。隨著技術(shù)的成熟，超過(guò)一半的家庭都在使用這種家庭智能化系統(tǒng)。在智能家居系統(tǒng)的研發(fā)方面，美國(guó)及一些歐洲國(guó)家一直處于領(lǐng)先地位。好多國(guó)家的好多公司都想著研發(fā)出屬于自己的控制系統(tǒng)。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)

5、的智能家居控制系統(tǒng)主要有X-10、EIB和8X等。這些系統(tǒng)都有屬于自己的優(yōu)勢(shì)，同樣也有屬于自己的劣勢(shì)。X-10系統(tǒng)采用集中的控制方式，如果家庭在使用這個(gè)系統(tǒng)時(shí)，它不需要額外的布線(xiàn)，這是它的優(yōu)勢(shì)。但是在施工方面，需要開(kāi)槽或者鉆孔，所以難度比較高，又由于施工費(fèi)用比較高，所以沒(méi)有應(yīng)用于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。EIB系統(tǒng)采用的是預(yù)埋總線(xiàn)和中央控制的方式。價(jià)格昂貴，沒(méi)有滿(mǎn)足大部分人的消費(fèi)觀(guān)，所以沒(méi)有應(yīng)用于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。8X系統(tǒng)采用預(yù)處理總線(xiàn)和集中控制的方式。該系統(tǒng)日益成熟并且并且相對(duì)來(lái)說(shuō)比較符合中國(guó)的國(guó)情。但是系統(tǒng)的靈活性不夠，所以也沒(méi)有應(yīng)用到中國(guó)市場(chǎng)。國(guó)外的技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較先進(jìn)，發(fā)展也很迅速。但是中國(guó)的國(guó)情，決定了不同

6、地域的不同的使用者會(huì)有不同的需求。國(guó)外的某種技術(shù)，也許可以滿(mǎn)足一部分人的需求，但是不適合普遍使用。所以要開(kāi)發(fā)出適合自己的智能家居系統(tǒng)。2.1.2 國(guó)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀20世紀(jì)90年代以后，中國(guó)的智能家居才開(kāi)始出現(xiàn)，智能小區(qū)開(kāi)始興起。中國(guó)的智能化的建筑最早出現(xiàn)在上海、深圳和廣州等一線(xiàn)的沿海城市，隨后大陸才開(kāi)始陸續(xù)發(fā)展的。在1999年實(shí)施的全國(guó)住宅小區(qū)智能化技術(shù)示范工程，使人們國(guó)家的智能化又上升到一個(gè)新的階段。到目前為止，在中國(guó)的某些大城市中，有近一半的家庭實(shí)現(xiàn)了智能化。中國(guó)企業(yè)也紛紛推出自己的產(chǎn)品，例如海爾的e家庭，這個(gè)系列的產(chǎn)品以海爾電腦作為控制中心，各種網(wǎng)絡(luò)家電作為終端設(shè)備，海爾移動(dòng)電話(huà)作為移動(dòng)數(shù)

7、字控制中心3。海爾也不定時(shí)的推出自己的一系列產(chǎn)品包括網(wǎng)絡(luò)電視、冰箱、空調(diào)、微波爐等。清華同方的e-home數(shù)字家園，該智能家居控制系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)針對(duì)中國(guó)家庭設(shè)計(jì)。產(chǎn)品以功能模塊開(kāi)發(fā)為主，基于國(guó)外成熟的智能家居標(biāo)準(zhǔn)之上。很明顯，跟國(guó)外相比較，中國(guó)對(duì)智能家居的研究起步比較晚，到目前為止都沒(méi)有形成一定的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)各大軟、硬件機(jī)構(gòu)正在積極的研發(fā)更為符合市場(chǎng)的智能化家居設(shè)備，用來(lái)解決當(dāng)前智能化產(chǎn)品實(shí)用性差，使用復(fù)雜及產(chǎn)品價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，技術(shù)創(chuàng)新性也逐步向國(guó)際先進(jìn)水平靠攏，這樣的未來(lái)真的期待。2.1.3 智能家居系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)經(jīng)過(guò)哥本哈根會(huì)議，中國(guó)更明確了節(jié)能減排，綠色建筑的目標(biāo)。為了達(dá)到這一目標(biāo)，中國(guó)勢(shì)必會(huì)

8、建設(shè)綠色建筑，鋪設(shè)智能化系統(tǒng)，智能化系統(tǒng)中的智能家居系統(tǒng)將會(huì)形成一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)，也可以促進(jìn)中國(guó)房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。由于智能家居系統(tǒng)還缺乏統(tǒng)一明確的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，許多公司開(kāi)發(fā)出的產(chǎn)品都是基于自己組的網(wǎng)絡(luò)和信息交換協(xié)議，不具有一般性。技術(shù)復(fù)雜、接入設(shè)備不能兼容以及成本過(guò)高，所以限制了產(chǎn)品的發(fā)展，同時(shí)限制了產(chǎn)品的普及。所以現(xiàn)在的目標(biāo)是設(shè)計(jì)出一個(gè)符合中國(guó)國(guó)情、操作實(shí)用性強(qiáng)、成本低廉、容易推廣和被人們所需求的智能家居控制系統(tǒng)。做為智能家居的核心系統(tǒng)的智能家居控制系統(tǒng)，它的設(shè)計(jì)功能的完善必將推動(dòng)住宅智能化的發(fā)展。而系統(tǒng)功能的集成化、用戶(hù)使用的傻瓜化和市場(chǎng)的平民化將是智能家居控制器的發(fā)展趨勢(shì)，系統(tǒng)也將逐步邁向綠色化。

9、人類(lèi)所想的無(wú)非也就是可以不費(fèi)吹灰之力做成自己想做的事情。而智能家居的終極目標(biāo)就是可以實(shí)現(xiàn)人們的這種夢(mèng)想，實(shí)現(xiàn)智能化。2.2 智能家居系統(tǒng)的預(yù)期功能本設(shè)計(jì)中要求語(yǔ)音識(shí)別采用LD3320，完成語(yǔ)音命令的采集與識(shí)別，并將結(jié)果傳送給單片機(jī)；紅外發(fā)射采用紅外發(fā)光二極管，在單片機(jī)控制下發(fā)送相應(yīng)序列的紅外信號(hào)；紅外接收采用HS0038，接受紅外信號(hào)并解碼，傳送給單片機(jī)。利用繼電器模擬家用電器；用單片機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng)?？梢赃_(dá)到預(yù)期的功能。智能家居系統(tǒng)的預(yù)期功能是：當(dāng)對(duì)著麥克風(fēng)下達(dá)一個(gè)命令時(shí)，相應(yīng)的繼電器模塊的指示燈會(huì)亮或者滅。同樣應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)中，所實(shí)現(xiàn)的功能也應(yīng)該是當(dāng)要說(shuō)出一個(gè)命令時(shí)，家用電器會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟或者關(guān)閉。

10、減少了人為操作，讓人們真正享受智能化的生活。2.3 智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)綜合性相對(duì)比較高，要軟硬件相結(jié)合。解決了軟件問(wèn)題，還需要知道模擬智能家居系統(tǒng)的硬件是如何工作的。其工作過(guò)程：智能家居系統(tǒng)由麥克風(fēng)、語(yǔ)音芯片LD3320、紅外發(fā)光二極管、單片機(jī)以及紅外一體化接收器HS0038、繼電器等硬件組成。語(yǔ)音信號(hào)被麥克風(fēng)收集并傳送到語(yǔ)音芯片內(nèi)部，語(yǔ)音芯片內(nèi)部已經(jīng)放置好關(guān)鍵詞列表，收集到的語(yǔ)音信息與原先放好的語(yǔ)句進(jìn)行匹配和對(duì)比，得到一個(gè)最優(yōu)的結(jié)果，這個(gè)結(jié)果通過(guò)串口發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)作為核心控制器可以控制紅外發(fā)光二極管發(fā)出載有相應(yīng)信息的的紅外信號(hào)，紅外一體化接收器接收后，通過(guò)解調(diào)還原出發(fā)來(lái)的信息

11、從而去控制繼電器的開(kāi)或者關(guān)，從而來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)。智能家居系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)框圖如下圖2-1所示。語(yǔ)音語(yǔ)音信號(hào)LD3320識(shí)別數(shù)據(jù)單片機(jī)紅外發(fā)射頭紅外信號(hào)紅外遙控接收頭 單片機(jī)控制信息 實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能繼電器 繼電器圖2-1 智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖3 智能家居系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)模塊3.1.1 單片機(jī)的簡(jiǎn)介單片機(jī)全稱(chēng)單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer）， 又稱(chēng)(Micro Controller Unit)，是將計(jì)算機(jī)的基本部分微型化，使之集成在一塊芯片上的微機(jī)，片內(nèi)含CPU、RAM、ROM、并行I/O口、串行I/O口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、A/D、D/A、中斷系統(tǒng)

12、、系統(tǒng)時(shí)鐘及系統(tǒng)總線(xiàn)等，它本身就是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，同時(shí)也是其他嵌入式系統(tǒng)的核心4。關(guān)于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)介如下表3-1所示。表3-1 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介名稱(chēng)簡(jiǎn)介微處理器（CPU）8位的CPU，包括了運(yùn)算器和控制器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）可以放數(shù)據(jù)，內(nèi)存128B。最大外擴(kuò)為64KB程序存儲(chǔ)器（ROM/EPROM）用來(lái)放程序，最大外擴(kuò)64KB。51單片機(jī)是4KB的ROM并行I/O口4個(gè)8位并行I/O口（P0、P1、P2、P3）串行口4種工作方式。可以與其他單片機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的功能定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。中斷系統(tǒng)具有5個(gè)中斷源，2級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。特殊功能寄存器（SFR）一共有21個(gè)。用于

13、CPU對(duì)片內(nèi)其他部分進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。上表介紹了單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在這里值得說(shuō)明的是51單片機(jī)有很多種不同的型號(hào)。區(qū)分它們主要依據(jù)存儲(chǔ)器的配置。在這里以最簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明，8031芯片內(nèi)是沒(méi)有程序存儲(chǔ)器的，但是其他型號(hào)的芯片里有程序存儲(chǔ)器。還有增強(qiáng)型的存儲(chǔ)容量比普通型的存儲(chǔ)容量要多至少1倍。介紹完單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在來(lái)介紹下單片機(jī)的引腳及其功能。單片機(jī)分為可總線(xiàn)擴(kuò)展的和不可以總線(xiàn)擴(kuò)展的，是因?yàn)閱纹瑱C(jī)本身可以滿(mǎn)足這些系統(tǒng)所需要的功能，不需要外擴(kuò)。本設(shè)計(jì)中所使用的單片機(jī)采用的是雙列直插式的封裝結(jié)構(gòu)，一共有40個(gè)引腳，本設(shè)計(jì)中沒(méi)有用到單片機(jī)的所有引腳，只使用了電源端、接地端、串口輸入、外部中斷

14、以及P0P3的某些引腳。在這里介紹下各引腳的功能，如下表3-2所示。表3-2 51單片機(jī)的引腳功能表名稱(chēng)功能簡(jiǎn)介P1口(18腳)P1口是一個(gè)8位雙向I/O口。當(dāng)P1口的鎖存器寫(xiě)入 “1”時(shí)，P1口可作為輸入端。是低8位的地址復(fù)用總線(xiàn)端口。P2口(2128腳)8位準(zhǔn)雙向I/O口。既可作為普通I/O口引腳。也可作為高8位地址總線(xiàn)。P2口與P1口的輸出級(jí)結(jié)構(gòu)相同，內(nèi)部都有上拉電阻。整個(gè)端口結(jié)構(gòu)基本相同。P3口(1017腳)是雙功能靜態(tài)端口。作為第一功能使用時(shí)，其功能與P1口相同。當(dāng)作為第二功能使用時(shí)，又都有各自的定義。P0口(3239腳)8位雙向三態(tài)I/O口線(xiàn)。既可作為普通I/O口引腳。也可作為數(shù)據(jù)

15、/低8位地址總線(xiàn)。VCC(40)電源電壓端。GND(20)地端。RST(9)復(fù)位輸入端。復(fù)位后，內(nèi)部專(zhuān)用寄存器及I/O口的處置與8051的情況一樣。而內(nèi)部的狀態(tài)保持不變。XTAL1(19)振蕩器反相放大器的輸入。內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2(20)振蕩器反相放大器的輸出端。ALE地址鎖存允許，當(dāng)單片機(jī)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)。該引腳的輸入信號(hào)ALE用于鎖存P0的低8位地址。ALE輸出的頻率為時(shí)鐘振蕩頻率的1/6。PSEN程序存儲(chǔ)器允許。輸出讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。取指令操作周期，PSEN的頻率為振蕩頻率的1/6；若此期間有訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的操作。則有一個(gè)機(jī)器周期中的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。E

16、AEA=0，單片機(jī)只訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)8031此引腳必須接地。EA=1，單片機(jī)訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)內(nèi)部有程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)。此引腳必須接高電平。在這里需要注意的是，P3口具有雙功能，介紹下它的第二功能，以便設(shè)計(jì)者更好的利用單片機(jī)以完成本設(shè)計(jì)所需要的功能。P3口的特殊功能如下表3-3所示。表3-3 P3口特殊功能口線(xiàn)特殊功能P3.0RXD ( 串行口輸入端 )P3.1TXD ( 串行口輸出端 )P3.2/INT0 ( 外部中斷 0)P3.3/INT1 ( 外部中斷 1)P3.4T0 ( 定時(shí)器 0 外部輸入 )P3.5T1 ( 定時(shí)器 1 外部輸入 )3.1.2 單片機(jī)的外圍電路單片機(jī)的外

17、圍電路包括復(fù)位電路和時(shí)鐘電路兩部分。復(fù)位電路的作用主要是，不管單片機(jī)遇到什么樣的不正常的操作，都可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的初始化，使它從某一確定的狀態(tài)重新開(kāi)始運(yùn)行。上電復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位都可以完成復(fù)位電路的作用，它們只是2種不同的形式。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。開(kāi)關(guān)復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運(yùn)行期間，如果發(fā)生死機(jī)，用按鈕開(kāi)關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位4。復(fù)位電路如圖3-1所示。RSTRST圖3-1 RST電路其中RST端接51單片機(jī)的第9引腳，按下復(fù)位按鍵以后，PC指向0000H單元、SP指向07H單元、P0口為FFH、P1口為FFH、P2口為FFH、P3口為FFH以及其他的寄存器為0。51

18、單片機(jī)芯片內(nèi)部有一高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器.反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，在XTAL1、XTAL2（第19、18引腳）兩端跨接一個(gè)石英晶體振蕩器，和兩個(gè)電容就構(gòu)成了穩(wěn)定自激諧振電路，晶振頻率為11.0592MHz。C12，C13是兩個(gè)瓷片電容，與晶振Y2構(gòu)成了自激諧振電路，其電容的作用主要是對(duì)頻率進(jìn)行微調(diào)，一般取30-45PF左右，使用該電路可產(chǎn)生穩(wěn)定的11.0592MHZ頻率，受外界的環(huán)境的干擾影響非常小5。其接法如圖3-2所示。圖3-2 外圍時(shí)鐘電路3.1.3 單片機(jī)的硬件電路本設(shè)計(jì)最核心的器件是51單片機(jī)，它控制了整個(gè)系統(tǒng)，完成了語(yǔ)音信息的處理、紅外信號(hào)的發(fā)

19、射以及紅外信號(hào)的接收。它的外圍電路如下圖3-3所示。圖3-3 51單片機(jī)外圍電路3.2 語(yǔ)音識(shí)別模塊3.2.1 語(yǔ)音芯片LD3320的介紹LD3320芯片是一款“語(yǔ)音識(shí)別”專(zhuān)用芯片，由ICRoute 公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)。該芯片集成了語(yǔ)音識(shí)別處理器和一些外部電路，包括AD、DA轉(zhuǎn)換器、麥克風(fēng)接口、聲音輸出接口等，本芯片不需要外接任何的輔助芯片如Flash、RAM等，直接集成在現(xiàn)有的產(chǎn)品中既可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別、聲控、人機(jī)對(duì)話(huà)功能，并且，識(shí)別的關(guān)鍵詞語(yǔ)列表是可以任意動(dòng)態(tài)編輯的6。主要的特色功能有：非特定人語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)、可動(dòng)態(tài)編輯的識(shí)別關(guān)鍵詞語(yǔ)列表、單芯片解決方案、高精度A/D和D/A通道、高準(zhǔn)確度和實(shí)用的語(yǔ)

20、音識(shí)別效果、可自由編輯50條關(guān)鍵詞語(yǔ)7。它的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。圖3-4 LD3320內(nèi)部結(jié)構(gòu)邏輯圖LD3320芯片有48個(gè)引腳，在圖中可以看到20個(gè)引腳，在本次設(shè)計(jì)中沒(méi)有使用所有的引腳。MICP和MICN分別接麥克風(fēng)的正負(fù)引腳、CLK接外部時(shí)鐘，頻率在4-48HZ之間、GND是接地端和VDD是電源端。電源的主要目的是給芯片供電，使它可以正常工作。3.2.2 語(yǔ)音識(shí)別的原理語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)是將人類(lèi)語(yǔ)音中的詞匯內(nèi)容轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可讀的輸入?？茖W(xué)家們利用語(yǔ)音數(shù)據(jù)庫(kù)里大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得到在統(tǒng)計(jì)概率最優(yōu)化意義上的各個(gè)基元語(yǔ)音特征。并且將這些特征和語(yǔ)音模型轉(zhuǎn)化為硬件芯片。語(yǔ)言識(shí)別原理主要是：科

21、學(xué)家建立語(yǔ)言模型，分析語(yǔ)音特征，并將這些轉(zhuǎn)化為硬件芯片LD3320。最先將相關(guān)命令的詞語(yǔ)列表，寫(xiě)入芯片內(nèi)。其次通過(guò)麥克風(fēng)采集語(yǔ)音信號(hào)，并將得到的信號(hào)，送入芯片內(nèi)部。然后芯片將收到的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，提取特征，并根據(jù)它內(nèi)部的這種特殊的算法和編輯好的關(guān)鍵詞列表一一匹配，將匹配率最高的結(jié)果以串口的形式發(fā)回給單片機(jī)。語(yǔ)音識(shí)別的過(guò)程，就是把用戶(hù)說(shuō)出的內(nèi)容，通過(guò)頻譜轉(zhuǎn)換為語(yǔ)音特征，和這個(gè)關(guān)鍵詞語(yǔ)列表中的條目進(jìn)行一一匹配，最優(yōu)匹配的一條作為識(shí)別結(jié)果14。在本設(shè)計(jì)中語(yǔ)音識(shí)別列表是打開(kāi)燈、關(guān)閉燈、打開(kāi)熱水器、關(guān)閉熱水器、打開(kāi)空調(diào)、關(guān)閉空調(diào)、全部打開(kāi)、全部關(guān)閉燈等。不論這個(gè)列表的條目?jī)?nèi)容是什么，只需要用戶(hù)設(shè)置相關(guān)

22、的寄存器，就可以把相應(yīng)的待識(shí)別條目?jī)?nèi)容以字符形式傳遞給識(shí)別引擎8。語(yǔ)音識(shí)別過(guò)程如下圖3-5所示。圖3-5 語(yǔ)音識(shí)別芯片識(shí)別過(guò)程框圖3.2.3 語(yǔ)音識(shí)別模塊的硬件連接該模塊由單片機(jī)、語(yǔ)音芯片以及麥克風(fēng)組成。單片機(jī)選用的是51單片機(jī)，語(yǔ)音芯片的型號(hào)是LD3320。單片機(jī)是語(yǔ)音模塊的核心控制平臺(tái)，并且它控制著語(yǔ)音芯片去完成對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的采集和對(duì)比分析，同時(shí)將對(duì)比得出的一個(gè)最優(yōu)結(jié)果以串口中斷的方式傳回給單片機(jī)。最后通過(guò)紅外遙控模塊傳送給另一個(gè)單片，使繼電器的指示燈亮或者滅。語(yǔ)音識(shí)別模塊與主控單片機(jī)的硬件連接如圖3-6所示。圖3-6 語(yǔ)音識(shí)別模塊的硬件連接圖3.3 紅外遙控模塊紅外遙控模塊主要有兩部分構(gòu)成

23、，紅外發(fā)送部分和紅外接收部分，現(xiàn)在一一介紹這兩部分。這個(gè)模塊最大的優(yōu)點(diǎn)就是，不會(huì)干擾其他的信號(hào)，不影響其他設(shè)備的正常工作，而自己本身也不受其他信號(hào)的影響。3.3.1 紅外發(fā)光二極管的介紹紅外發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管，實(shí)際上是一只特殊的發(fā)光二極管，由于其內(nèi)部材料不同于普通發(fā)光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時(shí)，它便發(fā)出的是紅外線(xiàn)而不是可見(jiàn)光9。在其實(shí)際應(yīng)用中要加上反向電壓，才可以正常工作，它發(fā)出的紅外線(xiàn)的波長(zhǎng)在940毫米左右。在這需要注意的是：在調(diào)試時(shí)，如果不知道紅外發(fā)光二極管是好是壞，能否正常工作，可以用萬(wàn)用表的電阻檔量他的正反向電阻。3.3.2 紅外發(fā)射部分的介紹單片機(jī)在空閑時(shí)候，

24、功耗比較低，比較節(jié)能。當(dāng)出現(xiàn)語(yǔ)音命令時(shí)，語(yǔ)音識(shí)別模塊會(huì)在觸發(fā)狀態(tài)下采集語(yǔ)音命令進(jìn)行分析，并將結(jié)果傳給單片機(jī)，產(chǎn)生串口中斷，這時(shí)單片機(jī)會(huì)調(diào)用命令函數(shù)關(guān)閉串口中斷，同時(shí)開(kāi)啟定時(shí)器中斷，定時(shí)器T0作為紅外線(xiàn)發(fā)射頻率控制器，當(dāng)T0定時(shí)溢出時(shí)中斷程序使紅外管接口電平反轉(zhuǎn)一次，寫(xiě)入定時(shí)器的初值不同，在輸出端口就得到不同的發(fā)射頻率14。在語(yǔ)音識(shí)別模塊的論述中講到，語(yǔ)音芯片會(huì)將采集到的語(yǔ)音信號(hào)與放好的關(guān)鍵詞列表進(jìn)行匹配得到最優(yōu)結(jié)果，這個(gè)結(jié)果會(huì)以串口的方式發(fā)送給單片。單片機(jī)接收到這個(gè)最優(yōu)結(jié)果以后，會(huì)打開(kāi)定時(shí)器，產(chǎn)生一個(gè)個(gè)的高低電平。即完成了發(fā)送信號(hào)的編碼，產(chǎn)生了一個(gè)脈沖串信號(hào)。這個(gè)脈沖串信號(hào)載有相應(yīng)的信息，通過(guò)

25、紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。3.3.3 紅外發(fā)射部分硬件連接這一部分由51單片機(jī)和紅外發(fā)光二極管構(gòu)成。用來(lái)發(fā)送二進(jìn)制信號(hào)經(jīng)過(guò)編碼以后的脈沖串信號(hào)。它與單片機(jī)的連接方式如下圖3-7所示。圖3-7 紅外發(fā)射部分的電路圖3.3.4 HS0038的介紹紅外接收部分采用一體化接收器HS0038。HS0038黑色環(huán)氧樹(shù)脂封裝。一共有三個(gè)管腳：地端、電源端和信號(hào)輸出端。它可以不受其他光源的干擾，功耗低，而且靈敏度高。HS0038的抗干擾能力較強(qiáng)，成本低，完成對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、檢波、整形得到TTL電平的編碼信號(hào)，不需要其他外圍電路，最后將編碼信號(hào)傳送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)解碼并執(zhí)行去控制相關(guān)對(duì)象15。它的引腳及功能如下

26、圖3-8所示。圖3-8 HS0038的引腳及功能圖在此需要注意，判斷HS0038是否可以正常工作時(shí)，需要在把上圖的第二和第三引腳之間連接一個(gè)二極管和一個(gè)發(fā)光二極管，手拿遙控器對(duì)著接收頭按下任意鍵，如果發(fā)光二極管閃爍，可以證明HS0038可以正常工作。3.3.5 紅外接收過(guò)程及硬件連接紅外接收就是對(duì)紅外信號(hào)的接收、放大、檢波、整形，之后解調(diào)出紅外遙控編碼脈沖的一種過(guò)程16。注意的是接收的波長(zhǎng)為7501150納米之間。它的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下圖3-9所示。解碼單片機(jī)解碼單片機(jī)紅外發(fā)射電路一體化紅外接收頭單片機(jī)輸出調(diào)制發(fā)送接收解調(diào)圖3-9 紅外遙控的實(shí)現(xiàn)過(guò)程圖紅外接收部分只需要HS0038就可以完成所需

27、要的功能，不需要外加其他設(shè)備，HS0038與單片機(jī)的連接方式如下圖3-10所示。圖3-10 紅外接收電路圖3.4 整體實(shí)物圖模擬智能家居系統(tǒng)的實(shí)物連接如下圖3-11所示。圖3-11 整體實(shí)物圖4 智能家居系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 語(yǔ)音識(shí)別模塊語(yǔ)音識(shí)別模塊的整體的流程圖如圖4-1所示。N 開(kāi)始 是否為觸發(fā)狀態(tài) 采集語(yǔ)音命令 識(shí)別語(yǔ)音命令 傳送相應(yīng)的語(yǔ)音命令 系統(tǒng)是否繼續(xù)識(shí)別 結(jié)束YNY 串口初始化 芯片通用初始化 語(yǔ)音識(shí)別初始化寫(xiě)列表 等待語(yǔ)音輸入N 開(kāi)始 是否為觸發(fā)狀態(tài) 采集語(yǔ)音命令 識(shí)別語(yǔ)音命令 傳送相應(yīng)的語(yǔ)音命令 系統(tǒng)是否繼續(xù)識(shí)別 結(jié)束YNY 串口初始化 芯片通用初始化 語(yǔ)音識(shí)別初始化寫(xiě)列表 等

28、待語(yǔ)音輸入圖4-1 語(yǔ)音模塊流程圖由圖3-5可以知道，語(yǔ)音芯片通過(guò)P3.0與51單片機(jī)相連接。在送入語(yǔ)音命令之前，所要做的準(zhǔn)備工作如下：把所連接的串口、語(yǔ)音芯片以及一些寄存器初始化；把所需要的關(guān)鍵詞列表寫(xiě)入到語(yǔ)音芯片中；等待語(yǔ)音信號(hào)的輸入。當(dāng)麥克風(fēng)收集到語(yǔ)音命令時(shí)，在語(yǔ)音芯片內(nèi)部會(huì)以一定的算法將關(guān)鍵詞列表與該語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行對(duì)比匹配。將最終的結(jié)果通過(guò)P3.0送入單片機(jī)。要注意的是：對(duì)語(yǔ)音芯片、所連接的串口的各種操作都必須通過(guò)寄存器的操作來(lái)完成，包括設(shè)置標(biāo)志位、讀取狀態(tài)、向FIF0寫(xiě)入數(shù)據(jù)等16。4.1.1通用初始化讓芯片還原最初的方式和狀態(tài)，等待語(yǔ)音命令的輸入，這樣會(huì)更好的識(shí)別信息，完成操作。參考

29、程序如下：Void LD_init_Common( )bMp3play=0;LD_ReadReg(0 x06);/*soft reset.*/LD_WriteReg(0 x1F,0 x0);Delay(10);LD_WriteReg(0 x89,0 x03); LD_WriteReg(0 xCF,0 x43);LD_WriteReg(0 xCB,0 x02);/*PLL setting*/LD_WriteReg(0 x11,LD_PLL_11);If (nLD_Mode=LD_MODE-MP3) LD_WriteReg(0 x1E,0 x00);LD_WriteReg(0 x19,LD_PLL

30、_19);LD_WriteReg(0 x1B,LD_PLL_1B);LD_WriteReg(0 x1D,LD_PLL_1D);LD_WriteReg(0 x79,LD_LEDMTR_FREQ); ELSE LD_WriteReg(0 x1E,0 x00); LD_WriteReg(0 x19,0 x3f); LD_WriteReg(0 x1D,0 x1f); LD_WriteReg(0 x1B,0 x08); LD_WriteReg(0 xCD,0 x04); LD_WriteReg(0 x17,0 x4c); LD_WriteReg(0 xB9,0 x00) LD_WriteReg(0 xC

31、F,0 x4f);LD_WriteReg(0 x6F,0 xff); 4.1.2 寄存器的初始化語(yǔ)音識(shí)別模塊中，寄存器有著很重要的作用，可以說(shuō)大部分的操作是根據(jù)它來(lái)完成的。對(duì)寄存器設(shè)置的程序如下：Void LD_init_ASR()nld_Mode=LD_MODE_ASR_RUN;LD_Init_Common();LD_WriteReg(0 xBD,0 x00);LD_WriteReg(0 x17,0 x48); Delay(10);LD_WriteReg(0 x3C,0 x80);LD_WriteReg(0 x3E,0 x07); LD_WriteReg(0 x38,0 xff)LD_Wri

32、teReg(0 x3A,0 x07);LD_WriteReg(0 x40,0 x08);LD_WriteReg(0 x42,0 x00); LD_WriteReg(0 x44,0 x08)LD_WriteReg(0 x46,0 x08);LD_WriteReg(0 x1b,0 x48);Delay(1); 4.1.3 寫(xiě)入識(shí)別列表LD3320最多支持50個(gè)識(shí)別條目，每個(gè)識(shí)別條目可以是單字、詞組或短句，長(zhǎng)度為不超過(guò)10個(gè)漢字或者79個(gè)字節(jié)拼音串。每個(gè)識(shí)別條目是標(biāo)準(zhǔn)普聽(tīng)話(huà)的漢語(yǔ)拼音（小寫(xiě)），每?jī)蓚€(gè)字（漢語(yǔ)拼音）之間用一個(gè)空格間隔，編號(hào)可以相同，可以不連續(xù)，但數(shù)值要小于256（00H-FFH）17。

33、在寫(xiě)入識(shí)別列表時(shí)，每一個(gè)待識(shí)別的語(yǔ)句需要一個(gè)編號(hào)。這個(gè)編號(hào)是識(shí)別出以后，通過(guò)串口返回單片機(jī)的值。值得注意的是，這個(gè)編號(hào)是要一字節(jié)的。同時(shí)列表中不同的待識(shí)別語(yǔ)句的編號(hào)可以相同。也可以不同?？梢赃B續(xù)，也可以不連續(xù)。如表4-1所示。 表4-1 編寫(xiě)的語(yǔ)音識(shí)別列表編號(hào)字符串0 x01da kai deng0 x02guan bi deng0 x03da kai kong tiao 0 x04guan bi kong tiao 0 x05da kai dian shi0 x06guan bi dian shi0 x07da kai re shui qi0 x08guan bi re shui qi0 x

34、09quan bu da kai0 x0aquan bu guan bi把關(guān)鍵詞列表寫(xiě)入到語(yǔ)音芯片的代碼如下：uint8 LD_AsrAddFixed( ) uint8 k, flag; uint8 nAsrAddLength; const char sRecog1015 = da kai deng, guan bi deng, da kai dian shi, guan bi dian shi, da kai kong tiao,guan bi kong tiao,”da kai re shui qi”,”guan bi re shui qi”quan bu da kai”quan bu g

35、uan bi;const unit8 pcode10=code_dakaideng, code_guanbideng, code_dakaidianshi, code_guanbidianshi, code_dakaikongtiao, code_guanbikongtiao, code_dakaireshuiqi, code_guanbireshuiqi, code_quanbudakai, code_quanbuguanbi;flag = 1;for (k=0; k10; k+) if(LD_Check_AsrBusyFlag_b2() = = 0) flag = 0; break; LD

36、_WriteReg(0 xc1, pCodek ); LD_WriteReg(0 xc3, 0 ); LD_WriteReg(0 x08, 0 x04); Delay(1); LD_WriteReg(0 x08, 0 x00); Delay(1); for (nAsrAddLength=0; nAsrAddLength20; nAsrAddLength+) if (sRecogknAsrAddLength = 0) break; LD_WriteReg(0 x5, sRecogknAsrAddLength LD_WriteReg(0 xb9, nAsrAddLength); LD_WriteR

37、eg(0 xb2, 0 xff); LD_WriteReg(0 x37, 0 x04); return flag; 4.1.4 開(kāi)始識(shí)別完成各初始化，并且將關(guān)鍵詞列表寫(xiě)入芯片以后，就可以等待語(yǔ)音命令的輸入。當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，語(yǔ)音芯片會(huì)調(diào)用識(shí)別程序。單片機(jī)程序中，一般會(huì)用一個(gè)全局變量控制當(dāng)前狀態(tài)，在編程時(shí)把對(duì)該狀態(tài)的設(shè)置放在LD3320芯片開(kāi)始識(shí)別以前18。uint8 LD_AsrRun() nAsrStatus=LD_ASR_RUNING; LD_WriteReg(0 x35,MIC_VOL); LD_WriteReg(0 x1C,0 x09); LD_WriteReg(0 xBD,0 x20)

38、; LD_WriteReg(0 x08,0 x01); delay( 1 ); LD_WriteReg(0 x08,0 x00); delay( 1 );將識(shí)別到的結(jié)果存放到C5寄存器。如果麥克風(fēng)采集到聲音，不管是否是正常結(jié)果，都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，而中斷程序要根據(jù)寄存器的值分析結(jié)果。讀取BA寄存器的值，可以知道有幾個(gè)候選答案，而C5寄存器里的答案是得分最高、最可能正確的答案18。麥克風(fēng)采集到語(yǔ)音信號(hào)以后，送入到LD3320的內(nèi)部。與寫(xiě)入的關(guān)鍵詞列表進(jìn)行對(duì)比與匹配，會(huì)得到一個(gè)最優(yōu)結(jié)果。將該結(jié)果所對(duì)應(yīng)的序號(hào)傳遞給單片機(jī)。此時(shí)單片機(jī)會(huì)把該信號(hào)進(jìn)行調(diào)制然后通過(guò)紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。語(yǔ)音控制指令所對(duì)

39、應(yīng)的返回值如下表4-2所示。表4-2 語(yǔ)音控制指令對(duì)應(yīng)的串口返回值語(yǔ)音控制指令對(duì)應(yīng)串口返回值打開(kāi)燈0 x01關(guān)閉燈0 x02打開(kāi)空調(diào)0 x03關(guān)閉空調(diào)0 x04打開(kāi)電視0 x05關(guān)閉電視0 x06打開(kāi)熱水器0 x07關(guān)閉熱水器0 x08全部打開(kāi)0 x09全部關(guān)閉0 x0abuff=USART_Receive(); switch (buff)case 00:clrbit( PortA, PA0 ); /對(duì)PA0寫(xiě)0break;case 01:setbit( PortA, PA0 ); /對(duì)PA0寫(xiě)1break;case 02:clrbit( PortA, PA2 ); /對(duì)PA2寫(xiě)0break;

40、 case 03: setbit( PortA, PA2 ); /對(duì)PA2寫(xiě)1 break; case 04: clrbit( PortA, PA4 ); /對(duì)PA4寫(xiě)0 break; case 05: setbit( PortA, PA4 ); /對(duì)PA4寫(xiě)1 break; case 06: PortA=0 xFF; break; default: break;本設(shè)計(jì)中利用該芯片模擬了智能家居系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)者常常需要下達(dá)一些短口令，而在所設(shè)計(jì)的訓(xùn)練環(huán)境中，如果口令采用鍵盤(pán)或鼠標(biāo)的方式進(jìn)行輸入，這顯然違背了設(shè)計(jì)的初衷，所以使用LD3320控制電路用語(yǔ)音識(shí)別的方式，將獲得的識(shí)別結(jié)果再換

41、成串口信號(hào)，輸入單片機(jī)，達(dá)到語(yǔ)音控制的目的。4.2 紅外發(fā)射部分4.2.1 紅外發(fā)射原理單片機(jī)接收到串口發(fā)送的信息以后，會(huì)打開(kāi)定時(shí)器，產(chǎn)生一個(gè)個(gè)的高低電平，產(chǎn)生了一個(gè)脈沖串信號(hào)。這個(gè)脈沖串信號(hào)載有相應(yīng)的信息，然后通過(guò)單片機(jī)的控制，從紅外發(fā)光二極管中發(fā)出調(diào)制好的脈沖串信號(hào)。這就是紅外發(fā)射的原理。編碼方式采用的是PPM編碼。這種編碼具有以下特征：(1) 編碼后的信號(hào)是由前導(dǎo)碼、16位地址碼（8位地址碼、8位地址碼的反碼）和16位操作碼（8位操作碼、8位操作碼的反碼）組成。前導(dǎo)碼：是一個(gè)遙控碼的起始部分，由一個(gè)9ms的高電平和一個(gè)4.5ms的低電平組成，作為接受數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備脈沖19。地址碼可以用來(lái)區(qū)分

42、設(shè)備。16位操作碼用來(lái)執(zhí)行不同的操作。需要注意的是，紅外遙控設(shè)備不同，16位的地址碼是不相同的。所以地址碼的作用就是防止不同遙控設(shè)備發(fā)射的碼型的干擾。(2) 采用脈寬調(diào)制的串行碼，是二進(jìn)制碼，由0和1組成。這2個(gè)字符的周期不同。而且高低電平的順序也相同，先有一個(gè)高電平，后有一個(gè)低電平。高電平持續(xù)的時(shí)間也一樣為0.56ms。低電平持續(xù)的時(shí)間不同，字符0的電平持續(xù)的時(shí)間為0.56ms。字符1持續(xù)的時(shí)間為1.12ms。二進(jìn)制編碼如下圖4-2所示。圖4-2 二進(jìn)制編碼4.2.2 紅外發(fā)射程序首先初始化串口中斷，等待串口中斷響應(yīng)。當(dāng)有語(yǔ)音信號(hào)輸入時(shí)，語(yǔ)音芯片將通過(guò)匹配得到的最優(yōu)的結(jié)果以串口的形式發(fā)回單片

43、機(jī)，這時(shí)單片機(jī)出現(xiàn)串口中斷，會(huì)執(zhí)行串口中斷函數(shù)。得到命令代碼，開(kāi)啟定時(shí)器中斷，調(diào)用發(fā)射函數(shù)。最終可以使紅外發(fā)光二極管發(fā)出載有相應(yīng)信息的信號(hào)。紅外發(fā)射函數(shù)要先發(fā)送一個(gè)前導(dǎo)碼由9ms的高電平和4.5ms的低電平構(gòu)成，之后在發(fā)送16位地址碼，16位地址碼能區(qū)別不同的紅外遙控設(shè)備，防止不同機(jī)種遙控碼互相干擾。本設(shè)計(jì)中的地址碼為3，地址反碼為252。最后發(fā)送16位數(shù)據(jù)操作碼和數(shù)據(jù)操作反碼。本設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)操作碼就是語(yǔ)音識(shí)別結(jié)果。具體流程圖如圖4-3所示。 開(kāi)始串口初始化等待是否串口中斷發(fā)送信號(hào)否是圖4-3 紅外發(fā)射流程圖本設(shè)計(jì)中波特率默認(rèn)為9600bps。則串口初始化代碼如下所示：#define FOSC

44、 11059200 /11.0592M晶振#define BAUD 9600void UART_Init(void)PCON |= 0 x00;SCON = 0 x50; /8位數(shù)據(jù),可變波特率TMOD = 0 x20;TL1 = -(FOSC/12/32/BAUD); /設(shè)定定時(shí)初值TH1 = TL1; /設(shè)定定時(shí)器重裝值ET1 = 0; /禁止定時(shí)器1中斷TR1 = 1; /啟動(dòng)定時(shí)器1本設(shè)計(jì)中，當(dāng)串口接收到信息以后，會(huì)產(chǎn)生串口中斷，在接收數(shù)據(jù)時(shí)需要清除串口中斷標(biāo)志位，同時(shí)打開(kāi)定時(shí)器，利用定時(shí)器，產(chǎn)生一串高低電平。這串高低電平就是要發(fā)送的信息。而定時(shí)器中斷響應(yīng)函數(shù)如下所示：void tim

45、eint(void) interrupt 1 TH0=0 xFF; TL0=0 xE6; /設(shè)定時(shí)值為38K，也就是每隔26us中斷一次count+;if (flag=1)OP=OP; /如果是待發(fā)送的有效數(shù)據(jù)flag=1elseOP = 0; ir_in = OP;4.3 紅外接收模塊在紅外接收模塊與單片機(jī)的外部中斷0口相連接。當(dāng)檢測(cè)到有紅外信號(hào)輸入時(shí)，會(huì)產(chǎn)生外部中斷。就會(huì)進(jìn)入外部中斷處理程序。在處理數(shù)據(jù)的過(guò)程中還要關(guān)閉外部中斷直到接收完數(shù)據(jù)，才可以再打開(kāi)外部中斷19。對(duì)紅外遙控的數(shù)據(jù)接收主要是在外部中斷函數(shù)中進(jìn)行的，處理過(guò)程為：當(dāng)有語(yǔ)音送入到語(yǔ)音芯片內(nèi)部，進(jìn)過(guò)識(shí)別分析以后，由單片機(jī)控制發(fā)送

46、信號(hào)。這時(shí)紅外一體化接收器最先會(huì)接收到一個(gè)低電平。因?yàn)榻邮掌鬟B接外部中斷0口同時(shí)采用下降沿的觸發(fā)方式。紅外接收程序中已經(jīng)將P3口設(shè)置為高電平。當(dāng)接收到低電平時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)下降沿，會(huì)產(chǎn)生外部中斷。這時(shí)程序計(jì)數(shù)器PC會(huì)指向外部中斷程序的入口地址。去執(zhí)行外部中斷處理函數(shù)。首先關(guān)閉外部中斷。然后根據(jù)一體化接收器脈沖信號(hào)輸出引腳的高低電平持續(xù)的時(shí)間判斷紅外遙控發(fā)送的數(shù)據(jù)。這個(gè)數(shù)據(jù)有4個(gè)字節(jié)，而單片機(jī)會(huì)根據(jù)第3個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的不同來(lái)執(zhí)行不同的操作。紅外接收器在接收時(shí)會(huì)有自己的一個(gè)判斷。只接收正確的紅外信號(hào)。這個(gè)判斷主要是根據(jù)前導(dǎo)碼來(lái)完成。之后接收到地址碼和數(shù)據(jù)操作碼。單片機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)操作碼來(lái)控制相應(yīng)的繼電器。紅外

47、接收函數(shù)的流程圖如下圖4-4所示。繼電器控制繼電器控制返回調(diào)用紅外接收函數(shù) 開(kāi)始端口初始化是否外部0中斷否是圖4-4 紅外接收流程圖外部中斷函數(shù)的代碼如下所示：void interrupt0()interrupt 0uchar i=0,j=0,k=0,us=0;uchar addr4=0;EX0=0;for(i=0;i255;i+) /9ms內(nèi)有高電平認(rèn)為是干擾if(P3&0 x04) /255的值實(shí)際時(shí)間為800usEX0=1;return;while(!(P3&0 x04);/等待9ms低電平過(guò)去 for(i=0;i4;i+)for(j=0;j8;j+)while(P3&0 x04);/等

48、待4.5ms高電平過(guò)去while(!(P3&0 x04);/等待高電平while(P3&0 x04)/計(jì)算這個(gè)高電平的時(shí)間for(us=0;us=30)EX0=1;return;addri=addri1;/接收一位數(shù)據(jù)if(k=8)addri=addri|0 x80;/高電平大于0.56ms，則為1k=0;P2=(addr2); /P2的LED顯示二進(jìn)制鍵值4.4 模擬電器控制部分本設(shè)計(jì)中選用繼電器模擬家用電器，繼電器模塊指示燈的亮滅代表家用電器的開(kāi)啟或關(guān)閉。繼電器上一共有4個(gè)指示燈分別連著51單片機(jī)的P1.0P1.3，由這四個(gè)口來(lái)控制，低電平可以使繼電器的指示燈亮。當(dāng)紅外一體化接收器HS00

49、38接收到紅外信號(hào)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)下降沿，使51單片機(jī)產(chǎn)生外部中斷，調(diào)用外部中斷函數(shù)。在外部中斷函數(shù)中，有相應(yīng)的程序控制P1口的電平的高低。從而控制繼電器模塊指示燈的亮滅。這部分程序代碼如下：sbit num1=P10;sbit num2=P11;sbit num3=P12;sbit num4=P13;switch(P2) case 0 x01: num1=0; break; case 0 x02: num1=1; break; case 0 x03: num2=0; break; case 0 x04: num2=1; break; case 0 x05: num3=0; break; cas

50、e 0 x06: num3=1; break; case 0 x07: num4=0; break; case 0 x08: num4=1; break; case 0 x09: num1=0;num2=0; num3=0;num4=0; break; case 0 x0a: num1=1;num2=1; num3=1;num4=1; break; 其中P2代表語(yǔ)音芯片通過(guò)串口返回給單片機(jī)的值，也是使用者所下達(dá)的語(yǔ)音命令。5 硬件的調(diào)試過(guò)程當(dāng)硬件與軟件都設(shè)計(jì)完成以后，畢設(shè)并沒(méi)有做到最后，還有最重要的一部分就是硬件的調(diào)試部分。硬件的調(diào)試主要是指各模塊的調(diào)試，該設(shè)計(jì)中有2個(gè)單片機(jī)，每個(gè)單片機(jī)都需要

51、調(diào)試。此外需要調(diào)試的還有紅外遙控模塊、語(yǔ)音識(shí)別模塊等。這里只講述調(diào)試的大致過(guò)程，具有一般性。需要經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的調(diào)試和修改，才有可能得到正確的結(jié)果。如果在以下各模塊的調(diào)試中沒(méi)有相應(yīng)的現(xiàn)象，需要設(shè)計(jì)者自己耐心的找尋問(wèn)題，解決問(wèn)題。5.1 連接語(yǔ)音芯片和紅外發(fā)光二極管的單片機(jī)的調(diào)試這個(gè)單片機(jī)中所下載的程序的主要作用有2個(gè)方面：一方面是等待語(yǔ)音芯片識(shí)別出語(yǔ)音信號(hào)以后發(fā)回信息；另一方面是將該信息通過(guò)編碼調(diào)制成脈沖串信號(hào)。在調(diào)試判斷這部分程序是否正確時(shí)，需要用到2個(gè)工具。一個(gè)是串口調(diào)試助手，另一個(gè)是繼電器模塊。串口調(diào)試助手可以用來(lái)代替語(yǔ)音調(diào)試模塊，向單片機(jī)發(fā)送一個(gè)信號(hào)。在該程序中，設(shè)定P1.1P1.4為調(diào)試

52、端口，這四個(gè)端口分別和繼電器的四個(gè)端口相連。在下載軟件中，選中串口調(diào)試助手，得到的界面如下圖5-1所示。圖5-1 下載軟件的串口調(diào)試界面圖需要注意的是，圖中的各選項(xiàng)，要選擇正確。包括16進(jìn)制顯示、選擇正確的波特率（9600）、選擇正確的串口COM（在本次調(diào)試的是COM4）。在單字串發(fā)送區(qū)發(fā)送想要發(fā)送的字符，即1A（16進(jìn)制）。觀(guān)察繼電器模塊的指示燈是否有相應(yīng)的變化。5.2 紅外遙控模塊的調(diào)試當(dāng)繼電器的指示燈有相應(yīng)的變化以后，說(shuō)明該單片機(jī)中運(yùn)行的程序是正確的?？梢赃M(jìn)行下一步的調(diào)試。連接紅外接收的單片機(jī)中下載的程序的作用也有2個(gè)方面：一方面是將紅外接收器接收到的信息還原為二進(jìn)制的編碼信號(hào)；另一方面

53、是通過(guò)得到的信號(hào)去控制繼電器。在對(duì)這部分進(jìn)行調(diào)試時(shí)，方法同5.1節(jié)所講的。不同的是，繼電器模塊連接的單片機(jī)不同。連有紅外接收器的單片機(jī)的P1.1P1.4。仍然是通過(guò)串口調(diào)試助手發(fā)送相應(yīng)的命令，觀(guān)看繼電器是否有相應(yīng)的變化。如果有相應(yīng)的變化，說(shuō)明該單片機(jī)中的程序是正確的。同時(shí)紅外發(fā)射和接收模塊正常。5.3 語(yǔ)音識(shí)別模塊的調(diào)試首先需要知道，語(yǔ)音芯片連接著麥克風(fēng)、電源端、接地端還有單片機(jī)的串口輸入端。麥克風(fēng)有正負(fù)之分。那區(qū)分的方法就是，線(xiàn)與麥克風(fēng)相連焊接的地方，有三根線(xiàn)連接到外殼的地方是負(fù)極，另一端為正極。對(duì)該模塊進(jìn)行調(diào)試時(shí)，仍然用到繼電器模塊。調(diào)試的方法與5.1節(jié)有相同的地方。唯一不同的是，輸入的方

54、式不同。5.1節(jié)通過(guò)串口輸入控制信息，而現(xiàn)在通過(guò)語(yǔ)言芯片輸入控制信息。在對(duì)麥克風(fēng)說(shuō)一句關(guān)鍵詞時(shí)，如果語(yǔ)言芯片能夠識(shí)別出使用者所講的這句話(huà)，那么芯片上綠色的指示燈會(huì)閃爍，如果繼電器有相應(yīng)的現(xiàn)象，說(shuō)明語(yǔ)音識(shí)別模塊是正常的。6 總結(jié)與展望6.1 結(jié)論設(shè)計(jì)者成功的完成了本次設(shè)計(jì)，紅外遙控技術(shù)和語(yǔ)音技術(shù)發(fā)揮了不容小覷的作用。從3月份開(kāi)始，根據(jù)自己在大學(xué)期間掌握的相對(duì)來(lái)說(shuō)比較好的理論知識(shí)確定了所做畢設(shè)的類(lèi)型與題目。由于一些原因在4月份開(kāi)始著手準(zhǔn)備畢設(shè)。去圖書(shū)館借來(lái)相關(guān)的書(shū)籍，和老師交流，確定了設(shè)計(jì)的大體方案。之后不但讀了不少有關(guān)這方面的論文、期刊、文獻(xiàn)等。又學(xué)習(xí)了該設(shè)計(jì)所需要的軟件的使用。一切準(zhǔn)備就緒，開(kāi)

55、始動(dòng)手操作。功夫不負(fù)有心人，最終成功的完成了本設(shè)計(jì)所需要的要求。使自己在大學(xué)所學(xué)的理論知識(shí)有了鞏固，同時(shí)提高了自己的動(dòng)手能力。本設(shè)計(jì)所做的主要工作如下：(1) 深刻的思考了智能家居發(fā)展的必要性以及發(fā)展趨勢(shì)，明白了智能家居對(duì)人類(lèi)的巨大作用。(2) 通過(guò)認(rèn)真的思考，翻閱資料以后，為本設(shè)計(jì)選定了一個(gè)合理的方案。(3) 有了整體的方案后，又為每個(gè)模塊功能的實(shí)現(xiàn)選擇比較合適的器件。本設(shè)計(jì)的硬件選用的單片機(jī)是增強(qiáng)型52系列、選用的語(yǔ)音芯片型號(hào)為L(zhǎng)D3320、一個(gè)駐極體麥克風(fēng)、一個(gè)紅外發(fā)光二極管、一個(gè)紅外一體化接收器型號(hào)為HS0038和用來(lái)模擬家用電器的繼電器。其中51單片機(jī)通過(guò)相應(yīng)的編程去控制其他器件的運(yùn)

56、行以及把各個(gè)模塊連接起來(lái)。(4) 選擇完所需要的器件以后。又翻閱相關(guān)資料，了解這個(gè)硬件的使用方法和內(nèi)部相關(guān)數(shù)據(jù)。從而明白了硬件可以實(shí)現(xiàn)什么樣的功能。確定的所需要的模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)模塊、語(yǔ)音識(shí)別模塊和紅外遙控模塊。(5) 學(xué)會(huì)了各硬件的使用方法以后，通過(guò)與老師交流，設(shè)計(jì)出相應(yīng)器件的外圍電路。例如單片機(jī)的復(fù)位電路和時(shí)鐘電路，還有各器件的接口電路，從而滿(mǎn)足了本設(shè)計(jì)的要求。(6) 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)是軟硬件結(jié)合的，設(shè)計(jì)完硬件以后，需要設(shè)計(jì)軟件。學(xué)會(huì)keil軟件的使用、編譯、下載還有串口調(diào)試等。本設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)：(1) 結(jié)合語(yǔ)音芯片LD3320、紅外發(fā)光二極管、HS0038等多種設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)家用電器的簡(jiǎn)單控制。

57、(2) 本設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)單、清晰、邏輯性強(qiáng)，容易讓人們所接受。(3) 本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能比較簡(jiǎn)單，但是很實(shí)用。由于大學(xué)所接觸的事物、所學(xué)的知識(shí)、擁有的能力都比較有限，所以本設(shè)計(jì)和論文會(huì)有很多不完美的地方。希望大家體諒。麥克風(fēng)用的是價(jià)格比較低廉的產(chǎn)品。紅外遙控模塊的性能不是很穩(wěn)定。語(yǔ)音芯片的性能決定了語(yǔ)音識(shí)別的速度不高。所以本設(shè)計(jì)存在很多的缺陷，有待考察。6.2 前景展望智能家居可以讓人們的生活更加方便、舒適?？梢越o人們帶來(lái)不可想象的便利。它將會(huì)普遍被每一個(gè)家庭所應(yīng)用，讓每一個(gè)人，真正享受智能化的生活。本設(shè)計(jì)可以通過(guò)語(yǔ)音來(lái)控制家用電器的開(kāi)啟或者關(guān)閉。減少了人為的操作，方便了人們的生活。這是社會(huì)進(jìn)步的表

58、現(xiàn)，也是生活水平提升的重要標(biāo)志。本設(shè)計(jì)涵蓋了模電、數(shù)電、單片機(jī)、信息論、C語(yǔ)言等多門(mén)學(xué)科。本設(shè)計(jì)的完成很好的幫助了設(shè)計(jì)者將大學(xué)所學(xué)到的知識(shí)綜合運(yùn)用到一起，融會(huì)貫通。同時(shí)也是一個(gè)絕佳的機(jī)會(huì)可以鍛煉設(shè)計(jì)者的動(dòng)手能力。理論聯(lián)系實(shí)際，讓設(shè)計(jì)者學(xué)到了很多知識(shí)。世界上不存在完美，沒(méi)有十全十美的事物。本設(shè)計(jì)也不例外，也存在不足之處?？梢愿倪M(jìn)的地方如下：(1) 本控制器是基于語(yǔ)音控制的。單片機(jī)在識(shí)別語(yǔ)音芯片采集到的信息后對(duì)家居進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。使用者在使用時(shí)必須靠近麥克風(fēng)才能達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。在設(shè)計(jì)中如果將語(yǔ)音控制改為短信收發(fā)模塊。這樣不管人們走到哪里，都可以隨時(shí)通過(guò)手機(jī)短信去控制家電，更加方便和人性化。智能化

59、程度相對(duì)比較高。(2) 在設(shè)計(jì)中如果可以加入報(bào)警功能。家里的安全情況時(shí)刻被我們所了解。(3) 在設(shè)計(jì)中如果加入煙霧測(cè)試、溫度測(cè)試等。如果家里著火會(huì)報(bào)警；如果溫度過(guò)高或過(guò)低，都可以自動(dòng)控制空調(diào)的開(kāi)啟關(guān)閉。謝 辭當(dāng)畢業(yè)論文寫(xiě)到這里時(shí)，在一定程度上說(shuō)明，畢業(yè)設(shè)計(jì)走到了最后的一個(gè)階段。從剛剛著手準(zhǔn)備畢設(shè)到現(xiàn)在，這一路走來(lái)，有很多的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)可以讓我在以后的人生道路上參考。同時(shí)，這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，不但鞏固了大學(xué)所學(xué)的理論知識(shí)，同時(shí)也給了我一個(gè)實(shí)踐的機(jī)會(huì)。對(duì)于本次的畢設(shè)，我著手準(zhǔn)備的時(shí)間比較晚，剛開(kāi)始有考研調(diào)劑，準(zhǔn)備復(fù)試等問(wèn)題，所以在四月份，才開(kāi)始正式準(zhǔn)備。沒(méi)有合理的安排好時(shí)間。在畢設(shè)的前期，比較放松，沒(méi)有全

60、身心的投入進(jìn)去，所以進(jìn)展比較慢。到了畢設(shè)的后期，時(shí)間緊迫。不得不抓緊一切時(shí)間去調(diào)試硬件，好在最后成功的做完畢設(shè)。心里的煎熬讓我明白了，不管任何時(shí)候，不管做什么事情，都應(yīng)該做好計(jì)劃，然后盡全力去執(zhí)行。能夠完成本次的畢設(shè)，好多老師和同學(xué)都給予我很多的幫助。在這里，我首先要感謝我的指導(dǎo)老師王麗俠，從確定畢設(shè)題目到中期檢查到最后畢業(yè)論文的完成，王老師都給了我很多決定性的建議，對(duì)我的畢設(shè)有很多的幫助。然后還要感謝學(xué)長(zhǎng)金可同學(xué)的幫助，他很耐心的給我講程序中我不明白的地方，對(duì)我去修改程序調(diào)試硬件很有幫助。還有很多的老師和同學(xué)給了我各方面上的幫助，我在這里一并感謝。完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以大學(xué)畢業(yè)?？墒窃谏鐣?huì)的大