智能家居語音控制系統(tǒng)設計和實現計算機科學和技術專業(yè)

1、題目：智能家居語音控制系統(tǒng) 摘 要隨著現代信息科技的迅速進步和發(fā)展,人們生活質量的提高也逐漸提高，智能家居在現代社會中也備受關注，與傳統(tǒng)的方式相比，語音控制不需要復雜的操作，通過說話就可以指導一些設備完成相應的動作，減少用戶對手機、遙控的依賴，從而為用戶提供更加舒適高效的環(huán)境。本課題利用STC89C52單片機和LD3320語音識別芯片對用戶說出的關鍵字進行識別，然后將識別的結果輸出給單片機，單片機再輸出信號控制繼電器，進而控制開關的工作，最后實現控制燈光和風扇等常用設施的操作，充分體現了它在語音識別和智能控制方面的優(yōu)勢，具有較高的識別率和實時性。關鍵詞：智能家居； 語音識別； 單片機； LD3

2、320AbstractWith the rapid progress and development of modern information technology, the improvement of peoples life quality also gradually improve, intelligent household also focus in the modern society, compared with the traditional way, voice control does not need complex operations, through talk

3、ing can guide some equipment to complete the corresponding action, reduce the users reliance on mobile phone, remote control, So as to provide users with a more comfortable and efficient environment.This topic uses STC89C52 microcontroller and LD3320 voice recognition chip to identify the keywords t

4、hat the user says, and then outputs the results to the microcontroller, and then the microcontroller outputs the signal to control the relay, and then controls the work of the switch, and finally realizes the operation of the common facilities such as lights and fans. It fully reflects its advantage

5、s in speech recognition and intelligent control, and has high recognition rate and real time performance.Key words: intelligent home ； voice recognition； MCU； LD3320目 錄1 緒論11.1 選題的背景11.2 國內外發(fā)展狀況11.3 主要研究內容22 系統(tǒng)方案選擇32.1 智能家居系統(tǒng)的總體設計32.2 方案選擇32.2.1 主控芯片的選擇32.2.2 語音芯片的選擇42.2.3 液晶顯示器的選擇52.2.4 繼電器模塊的選擇52.

6、3 系統(tǒng)方案總結53 系統(tǒng)主要硬件電路設計63.1 主控單片機電路與最小系統(tǒng)63.2 語音控制部分83.2.1 語音識別原理83.2.2 LD3320電路設計93.3 復位電路103.4 時鐘電路113.5 繼電器電路114 軟件設計124.1 LD3320的軟件設計124.1.1 編程模式124.1.2 LD3320程序流程134.2 寄存器的操作和功能144.2.1 并行方式144.2.2 串行SPI方式154.2.3 寄存器的功能164.3 語音芯片關鍵詞的設置164.4 單片機程序下載175 實物制作175.1 pcb電路板的制作流程175.2 系統(tǒng)調試195.2.1 硬件調試205.

7、2.2 軟件調試20總結21參考文獻22附錄致謝301 緒論1.1 選題的背景在維納觀點中：“人們對外部世界加以適應，通過適應來完成對世界的控制，而此過程中與外部進行將交換的內容稱就作為信息?！闭Z言則是人與人之間進行溝通最方便又快速的方式，那么在2021年的今天人與機器也能像人與人之間溝通這么便捷。例如：iPhone中的Siri等都是大家所熟悉并常用的功能。隨著當代中國的經濟以及互聯(lián)網和電子信息等新一代技術的高速進步和發(fā)展,人民的物質生活水平也在不斷改善和提高,居住的條件更是發(fā)生了質的變化,人們以前都追求自己房屋的寬敞以及裝修華麗程度,隨著時代的進步和變化,人們越來越開始追求自己的居住環(huán)境的便

8、捷及其智能化,因此電子產品就廣泛地運用于到了居民的日常生活起居中,這就有了智能家具的出現，智能家居是信息技術與生活品質完美結合的產物，智能家居的出現滿足了人民日益增長的美好生活的需要，智能家居利用各種通信、網絡技術實現家居設備集成，讓我們的居住環(huán)境更加舒適更加高效更加智能。但是把語音控制應用在智能家居中卻不是那么常見的，一般還要靠遙控器或者是手動來控制一些家具電器。但是家用電器越來越多的話，使用開關和遙控器就不是那么方便了，但如果這時我們可以使用聲音來控制一些電器設備，例如看電視的時候，直接對這電視說一句湖南衛(wèi)視，電視收到語音指令后就會自動切換到湖南衛(wèi)視的界面，這樣就會方便許多，從而減少了用戶

9、對遙控器等中控設備的依賴，使生活更加方便更加舒適。11.2 國內外發(fā)展狀況語音識別技術是一門具有交叉性的學科,語音識別的技術在我國近些年發(fā)展上取得了很大的突破和進步,并逐漸由起初的實驗室發(fā)展到現在的市場,正如我們所見,語音識別的技術已廣泛地應用于我國的工業(yè)、家具裝飾設備、醫(yī)用器械、電子產品等的各個方面,雖然目前語音控制在智能家居中的應用不是特別廣泛，但在各方面都高速發(fā)展的今天，將語音控制技術全面覆蓋到智能家居中這是指日可待的。因為語音控制技術的方便化以及智能化，智能家居語音控制無論是再國內還是國外都得到了廣泛的關注和應用。當下中國智能語音市場分別包含了傳統(tǒng)的it巨頭以及專業(yè)語音技術廠商兩大類，

10、科大訊飛研究院院長胡郁說道：“語音識別技術作為最方便的方式，利用其實現人機交互成為未來行業(yè)發(fā)展的大趨勢之一?！痹诮涣鞯倪^程中，語音是最自然便捷的。人機交互技術中，語音識別得到了較為廣泛的運用，成為其一大重要組成。語音識別的準確性和實時性在我國信息技術持續(xù)發(fā)展中得到了全面的優(yōu)化，且各方面性能也逐漸趨于穩(wěn)定。基于語言翻譯及自動理解，語音識別技術可以有效的解決語言交流障礙。海外市場通過對語音識別系統(tǒng)的充分利用完成了多樣化的科技產品研發(fā)與應用。舉例來說有語音記事本、聲控撥機號電話及其他等，進一步展現了語音識別技術在應用領域的多樣性，與此同時發(fā)展前景光明。此外通信與語音技術的持續(xù)優(yōu)化，因為社會不同領域創(chuàng)

11、造了價值，提供方便，如醫(yī)藥衛(wèi)生、網上會議、教育培訓等，且創(chuàng)造了極好的經濟效益，未來可期。1.3主要研究內容本次設計智能家居語音控制系統(tǒng)在進行主控芯片選擇的過程中，通過比對最終確定為STC89C52芯片，輔助硬件采用語音識別模塊、繼電器模塊、晶振模塊、復位電路模塊結合的系統(tǒng)。件采用c語言編程技術在Keil4中編寫，通過STC_ISP下載器對程序進行燒錄實現作品的設計，該設計中包括各種可實行方案的論證，軟件設計以及硬件設計。要從無到有實現該系統(tǒng)的設計，不僅要經過理論可行性的分析，還需要對硬件的選取和焊接、軟件程序的調試與燒錄。三者結合才能實現本次設計的功能需求。具體研究工作概述如下：1、對現有智能

12、家居語音控制系統(tǒng)的設計思路和工作原理進行深入研究，并提出幾種可行性的方案，包括對所需的主控芯片，顯示器等相關器件進行選型和分析，再根據分析的結果挑選出最適合的實行方案。2、接著尋找更細節(jié)的相關手冊，對選定的單片機和相關傳感器進行工作原理上的研究，包括其硬件結構，軟件驅動控制方式和內部資源以及數據計算公式等，可為后期的硬件原理圖設計和程序編寫做參考。2、采用AD繪圖工具軟件對本次設計的原理圖進行繪制，并對采用的傳感器進行封裝的繪制，再導入到PCB中進行布局，而后對照畫好的PCB圖，利用電烙鐵和焊錫、鉗子等焊接工具進行實物的硬件焊接。3、在硬件部分焊接調試完成后，需要繪制單片機程序流程圖，主要涉及

13、內容有主程序、模塊子程序等，并在此基礎上運用KEIL軟件完成程序編寫，實施調試和燒錄。2 系統(tǒng)方案選擇2.1 智能家居系統(tǒng)的總體設計市面上有很多種不同類型的智能家居語音控制系統(tǒng)，它們的功能也存在著差異之處。本課題設計的智能家具控制系統(tǒng)，是從實用的角度出發(fā)，比如電視機電燈等每天必用的家電，如能夠用語音來控制它們的開關狀態(tài)就會方便很多。第一步是完成語音指令的采集，這是建立在LD3320語音識別芯之上完成的，指令會在單片機作用下進行了合理的轉變成為與之匹配的信號，來實施家具控制。此次系統(tǒng)設計過程中涉及了多個模塊，具體有：液晶顯示、單片機、繼電器控制驅動、手動驅動、LD3320語音識別等。2.2 方案

14、選擇 整個智能開關系統(tǒng)一共分為六個大部分，其中包括了語音識別芯片、STC89C52主控單片機、繼電器控制驅動、復位電路、時鐘電路。 整個系統(tǒng)的的框架如下圖所示：圖2-1 整體系統(tǒng)框圖2.2.1 主控芯片的選擇 方案一：STC89C52系列是基礎入門級的芯片，具有8K的ROM用于放置程序和數據，256K的RAM用于存放緩存數據，內部具有21個專用寄存器、2個定時計數器、一個全雙工串口用來程序下載和數據通訊，2個GPIO口數量，可配置輸入輸出等功能。它是市面上教程資料最為詳細的芯片，使用Keil4軟件用于程序仿真和下載調試，主要開發(fā)語言是C語言，是一款基礎的入門芯片，整體較為簡單比較適合剛入手的新

15、人。芯片主要應用于教學場合和性能要求不高的應用場景。方案二：STM32系列的芯片是一款進階級的芯片，具有32位的Cortex-M3CPU芯片，支持最高工作在72Mhz的頻率，在進行數據內容程序存儲的過程中準備了512KFlash，同時還有64KSRAM存儲器，內部最多達11個計數/定時器，至多112個GPIO，支持CAN BUS、SPI、Uart、I2C、I2S、USB等多種協(xié)議通訊。主要開發(fā)語言是C語言，是一款進階級的芯片，整體有一定的門檻，適合已經入門的或者有一定開發(fā)經驗的人，芯片主要應用于較為復雜的智能家居和消費級產品上，主要應用場景也是多樣化?；赟TC89C52芯片和STM32芯片的

16、性能對比，結合本設計的設計需求，STM32的性能更強，甚至有更多的資源余量，STC89C52的性能相對較弱，但是它可以滿足本次設計的一些基本功能和要求，并且該芯片在開發(fā)難度上相對比較簡單，開發(fā)時間相對也比較短，相對STM32芯片來講，STC89C52芯片更適合本次設計。此外與目前市面上傳統(tǒng)的8051內核單片機相比較，它的性能更好，工作速度也更快，另外，STC89C52不需要使用專用的編程器，也不需要專用的仿真，可直接在系統(tǒng)編程，使得單片的應用系統(tǒng)開發(fā)變得簡單。2.2.2 語音芯片的選擇語音識別芯片LD3320是通過外部電路與語音處理器共同組建的，舉例來說有：麥克風接口、AD/DA轉換等，在語音

17、識別核心引擎方面擁有目前市面上最為領先的技術，在語音識別和可操作方面有很大的優(yōu)勢，LD3320芯片是一款特制的語音識別芯片，故而縱然無Flash/RAM/AD條件，依然可以進行高準確度的識別，通過STC89C52單片機加以設置便可完成全部控制。現階段LD3320已經在手機中得到了認可，進行了規(guī)?；膽?，由此可知在語音識別中它的總體優(yōu)勢極為突出2。它只要求一個單片機和它的語音系統(tǒng)并行相連,寫入一個被識別的短語,就已經可以實現對其的語音監(jiān)聽。并且這些關鍵字的列表都是用戶可以隨時自己編輯的,非特定語音輸入的意思就是,即使語音命令的發(fā)出者，他們無論是男是女，聲音無論粗還是細，不論音色也不管音調的高低

18、，這些用戶都不用接收語音培訓，只要他們說出相同設置的關鍵詞,語音芯片都可以識別得到，并且識別的準確率高達95%。2.2.3 液晶顯示器的選擇 在顯示器方面，其與一般的小型數字二極管液晶顯示和需要大型點陣式液晶顯示的類型進行比較，LCD液晶顯示器具備了某些較為突出的優(yōu)勢：（1）低耗能，無高溫現象出現。（2）小體量，薄，體積僅為三分之一的CRT顯示器體積。2（3）顯示界面呈綠色，而且畫面不會閃爍，從而可以保護使用者的眼睛不受傷害。因此液晶顯示系統(tǒng)選擇了LCD1602液晶屏。2.2.4 繼電器模塊的選擇繼電器是我們在生活中經常會用到的一種電控制器件，比如洗衣機等等一些家用電器都會用到繼電器，它可以有

19、效防止電流過大而損害我們的電器，通俗意義上來說它就是我們可以利用較小電流來對大電流進行自動控制的一種自動開關,所以這種繼電器在電路中主要扮演著自動電流調整、安全自動防護等重要角色。在此次課題的開展過程中為了進一步完成開關控制進而對單片機實施采用。保證主控單片機電壓、語音識別芯片電壓、電平控的電壓三者統(tǒng)一，均設置為3.3V，我們的主要目標和初衷是希望將其廣泛的在家庭智能這個領域投入使用，故而在設計中對交流繼電器采納。SRS-05VDC-SL是繼電器中的一款，電壓為5V，并可在高低電平中進行自由切換選擇。這使得繼電器和語音芯片在電壓輸出方面存在著一定的差異，故而進行了PNP型三極管的選取。其設置有

20、助于實現放大電壓的效用。對直流30V/3A以及交流250V/3A做有效控制處理，運用于本設計中具備一定的合理性。綜上，在開關模塊中將選取SRS-05VDC-SL繼電器。2.3 系統(tǒng)方案總結本文主要設計了一種基于智能家居的語音控制系統(tǒng)，在本系統(tǒng)中選取了 LD3320 語音識別芯片，利用主控單片機進而有效完成外部麥克風收集到的語音信號處理工作。首先對收集信號加以頻譜分析，這是通過語音芯片LD3320 完成的，其次利用單片機進行語音特征識別并完成特征提取，完成收集所得的關鍵字同列表關鍵詞的配對，確定其中最高得分的關鍵字，向單片機實施傳送，再由該單片機自動進行數據處理,然后由單片機輸出一個信號來驅動控

21、制一臺繼電器,再通過一個繼電器驅動來控制開關,這樣開關就可以同時實現大量的家用電器的自動控制,從而使系統(tǒng)實現了語音的智能化，硬件設計要求合理,軟件設計要可行。測試結果表明,該語音控制系統(tǒng)在環(huán)境背景相對安靜、說話者發(fā)音不模糊等前提條件下,能夠智能響應語音命令,因此實現了預期的一些功能。3 系統(tǒng)主要硬件電路設計在此次系統(tǒng)設計的過程中，運用的主要硬件系統(tǒng)有：復位電路、時鐘電路、電源語音識別系統(tǒng)等。對外部麥克風加以有效利用可以完成全部語音信號的采集工作，實施A/D轉換，進而可成功識別聲音信號，此外若想進行外部繼電器開關的有效運用可實施外部繼電器控制。辨認和識別聲音指令,來自動產生外部控制信號,以及控制

22、外部繼電器的驅動終端,以此為基礎來自動控制外部繼電器的驅動和操作。3.1 主控單片機電路與最小系統(tǒng)在本設計的方案論證和器件選型中，選用STC89C52芯片作為本作品的主控芯片和控制中心，STC89C52芯片內部集成了521M大小的內存用于存儲程序和數據，系統(tǒng)的掉電數據保存功能就是通過對EEPROM內存寫入數據防止系統(tǒng)掉電之后數據丟失。集成8K的閃存保證了系統(tǒng)的運行和計算，并且內部集成了STC89C51沒有的看門狗功能。通過軟件直接驅動驅動，實現程序跑飛或者程序異常之后系統(tǒng)進行自動復位功能，保證了系統(tǒng)異常后有一定的自動恢復的能力。STC89C52芯片內部集成了大量的功能電路，這樣有效減輕了芯片外

23、部電路負擔，做簡化處理。在STC89C52芯片中僅僅運轉晶振電路與復位電路即可，便可使得最小的系統(tǒng)加以工作。圖3-1展示的單片機引腳圖：圖3-1 單片機內部資源框圖最小系統(tǒng)的構成有：單片機及外圍相關電路，51單片機最小系統(tǒng)的組成內容具體有：晶振、排阻、電源地。在STC89C52內晶振范圍在8Mhz24Mhz，通常為了通信的串口校驗準確率常使用11.0592mhz。起振電容在10pf到20pf之間即可，10k的排阻連接這單片機的P0口可改變該口的通信方式，由高阻態(tài)輸入模式變成輸入輸出通用模式，具體的最小系統(tǒng)電路圖如下圖3-2所示圖3-2 單片機最小系統(tǒng)3.2 語音控制部分3.2.1 語音識別原理

24、LD3320是一類聲控芯片，且可以根據不同的人進行語音識別。其作用是語音識別，具備專業(yè)性。此芯片的組成較為多元，具體有語音識別處理器以及麥克風接口、AD、DA 轉換器等外部電路。3縱然不存在RAM、Flash類似的外圍輔助芯片，LD3320仍舊可以同自身產品進行集成操作，實現人機對話、語音識別及其他功能。在進行識別的過程中，可以進行候選句的設置，數量為50。主要發(fā)揮的效用是識別參考。設置的關鍵詞長度應該在79個字節(jié)拼音版或者10個漢字內。對關鍵詞的內容并沒有做特殊的設定，在編輯方面和修改具備隨意性。所以一個系統(tǒng)可以對不同的場景進行運用，保證工作電壓穩(wěn)定是3.3V。語音識別芯片內部電路圖如圖3-

25、2所示。3 LD3320內部的算法經過了優(yōu)化，因此不僅速度快而且穩(wěn)定，它不用連接外圍的輔助存儲設備如Flash和RAM等，與此同時用戶無需率先進行錄音操作，并不需要開展語音訓練，就可以根據用戶來進行非特定語音識別，總的來說，LD3320識別的準確率還是比較高的，穩(wěn)定性也比較好圖3-2 LD3320內部電路的邏輯框圖 在本次課題的設計當中將單片機與語音識別芯片：STC89C52與LD3320兩者進行連接，與此同時并設置10K電阻上拉。在進行地址段與數據段判別過程中將運用A0完成，分別把控制信號同中斷返回信號進行連接，其中控制信號包括了：RDB、WRB、CSB、RSTB，中斷返回信號包括了INTB

26、、STC89C52。為了進一步確保系統(tǒng)工作過程中，長期處于穩(wěn)定狀態(tài)，統(tǒng)一運用了10k電阻上拉。并保證識別芯片與單片機在進行外部時中的使用過程中兩者一致。將RC電路同麥克風偏置MBS加以并接，進而使得給麥克風的浮動電壓為同一個。對LD3320進行語音識別工作原理進行詳細的分析，具體是：利用MIC完成聲音信號輸入，在此基礎上實施頻譜分析，就語音特征加以識別與提取。此后把關鍵詞列表數據和特征信息實施匹配，確定最高關鍵詞，并將其當做最后結果做輸出處理，具體過程如圖3-2所示：圖3-2 LD3320語音識別原理圖3.2.2 LD3320電路設計STC89C52單片機和語音識別芯片LD3320一起組成了L

27、D3320的基本應用電路，通過單片機可以有效完成寄存器的控制，基于此可以完成不同操作，比如：狀態(tài)讀取、標志設置、完成FIF0數據寫入等。實施關鍵字編輯的過程中需要將關鍵詞拼音串。在LD3320內設寄存器中完成設置，然后再通過單片機來控制寄存器來完成編輯。于MCU內置Flash內進行演示程序完整燒錄，利用MCU對LD3320加以控制，進而推動語音識別工作可以全部實現。電源部分包括的內容有電源指示燈、陶瓷電容、10uF電容、21K電阻，并保證電壓同LD3320實際所需一致為：3.3V。利用駐極體MIC以及麥克風來全程音頻輸入及輸出操作。成功進行語音識別，讓后續(xù)電路可以持續(xù)驅動，能將MCU串行口鏈接

28、不同模塊。將LD3320同單片機P0端口8根線實施并行連接，同時將控制線與中斷信號、復位信號加以連接，基于LD3320視角，其向單片機進行中斷信號輸出，而單片機又在完成接受后，進行復位信號的發(fā)出給LD3320。33.3 復位電路復位操作是計算啟動過程中必要存在的，這樣可以保證CPU處于一個初始狀態(tài)，與此同時系統(tǒng)內的所有部件都為初始狀態(tài)，在啟動震蕩器時，有不同的時鐘周期高電平將出現在RST引腳中，進而促使單片機進行有效復位。通常情況下都會運用商店以及開關手動復位兩種方式來實施單片機的復位操作。進行詳細的闡述，上電復位指的是將單片機進行通電后，單片機便可立即進入復位狀態(tài)，過程都為自行運轉的。在圖中

29、形成了微分電路，是由電阻R7、電容C1連同電源共同構成的，由于受到單片機效電阻作用，縱然在電路中不運用電阻，上電復位功能是依然存在的，圖3-3展示的是具體的復位電路圖。圖 3-3復位電路單片機在接通電源的時候就能自動實現復位，若設置開關方可完成單片機自動復位操作。此時需保證單片機處于運行狀態(tài)。在進行設置的過程中主要運用的手段是開關復位以及上電復位電路。在完成上電，由于電容C2會出現反向門作用并由于充電，故而RST可以在此后的一段期間中維持高電平。此外還有一類有效方法是對復位鍵K實施操作后松開，但使用這個方法的前提是單片機必須正在運行當中。這樣一來就完成了上電以及開關復位的操作。復位電路的電容、

30、電阻的參考值分別為：Cl10uF，R11k C2104uF3.4 時鐘電路時鐘電路一切的工作量都是按照時間的順序進行的，一般用來產生單片機工作所需要的必定信號，為了能在確保工作運行方式正確能順利完成，以時序執(zhí)行指令為依據展開工作，單片機穩(wěn)定性及運行速度會直接受到時鐘頻率的影響。在本系統(tǒng)內運用的是內部時鐘信號，此外還設有反向放大器為了進一步將擴大振蕩器效用。引腳XTAL1以放大器輸入端形式存在，而XTAL2則設為輸出端，為獲得自激振蕩器，并保證其具備穩(wěn)定性可以在兩端進行陶瓷諧振器或片外石英晶體的設置。將此電路內的電容C1、C2設置為30pF上下，實施電容設置有助于振蕩器發(fā)揮效用，具備一定頻率調節(jié)

31、作用。倘若電容過小。那么一定程度上會使得振蕩器頻率出現一定的波動，與此同時不利于其維持穩(wěn)定，保持快速。通常會進行晶振頻率的設置，具體數值為22MHZ。晶振頻率與運行速度成正比。外部時鐘電路如圖3-4所示。圖3-4 STC89C52單片機外部時鐘電路3.5 繼電器電路 繼電器是自動開關元件中的一類，具有隔離功能。發(fā)揮的效用集中為：電路轉換、自動調節(jié)以及安全保護。 繼電器一共有直流繼電器以及交流繼電器兩類，此次設計中運用的是交流繼電器。繼電器在效用發(fā)揮的過程中可以完成對高電壓、大電流的控制，而其本身僅為小電流與低電壓即可。電路如圖3-5所示 圖3-5 繼電器電路二極管、繼電器、PNP型三極管以及1

32、K電阻共同組成了繼電器電路，它與STC89C52單片機的1.5口相連接，其中二極管外接一個電燈來顯示繼電器的狀工作態(tài)，同時二極管在電路中又起著保護的作用，而三極管則起著放大的作用，而放大的極限就是開關，因此該PNP三極管在電路中就充當了開關的作用。4 軟件設計4.1 LD3320的軟件設計4.1.1 編程模式一共有兩種編程模式提供給我們選擇，第一種是中斷模式，就是單片機系統(tǒng)在收到某個觸發(fā)以后，比如說我們啟動了一個按鍵之后，在規(guī)定的時間段內對著語音識別芯片說出關鍵詞并讓其進行識別，如果超出了定時的時間，那么就需要我們重新啟動按鍵才能夠進行下一個識別；另一種則是輪詢模式，就是單片機重復的自動啟動語

33、音識別，在此過程內，若無人說話那么就不會存在識別結果，那么所有識別過程的定時結束以后就自動開啟新的一輪識別過程，當有人說話的時候，它會根據說話內容識別出結果然后再啟動下一個識別過程。因為本次設計的是智能語音控制系統(tǒng)，所謂智能，顧名思義當然就是越方便越實用越好，所以我們采用了更加符合設計要求的輪詢模式而舍棄了中斷模式。4.1.2 LD3320程序流程語音芯片LD3320的中斷流程圖如圖4-1所示，它的功能就是處理那些識別出來關鍵詞的非指定人的語音，我們把該芯片放在一個虛擬的環(huán)境中訓練使用，在這個虛擬環(huán)境中，一般只用下達幾個簡單的短暫的口令就可以，但是如果用鍵盤或者鼠標輸入一些指令用來代替口令的下

34、達，這樣就不符合我們題目關鍵詞“智能”的要求。所以我們選擇使用語音芯片LD3320來對電路進行控制，把用戶說出的關鍵詞識別出來然后轉換成串口信號傳達給單片機，最終實現語音控制的要求。該方法基本上滿足了語音控制的要求，但是也存在一些不足，比如語音識別的速度不夠快，實時性也不太高，這些都還有待改進。以下為語音識別的具體流程：語音識別初始化。進行不同項目的設置，涉及內容有：模式時鐘頻率、FIF0還包括軟復位，此后再進行芯片復位。芯片復位操作的實施主要是為了完成內部數據處理模塊的激活。詳細內容：在芯片RSTB處進行低電平發(fā)送，此后僅需完成片選CS實施地至高一次。編號與編號之間可以保持一致，并在連續(xù)性上

35、不作任何要求，但是數值不能超過256（00H-FFH)（3）接著設置幾個有關的存儲器就可以開始進行識別，ADC通道、ADC增益分別代表為麥克風輸入通道以及麥克風音量，其中音量可進行范圍設定，具體是40H-6FH，數值大小語音量成正比，反之麥克風的音量就越小，無論哪種情況，用戶想要啟動語音識別都必須離麥克風很近才行，同時，我們離麥克風越近，那么受到外界其他噪音的干擾的可能性就越小，因此識別的準確率也會相應的變高。（4）最后就是響應中斷，一旦麥克風收集到了語音信號，就會開始識別信號，不論識別出的結果正確與否，都會做出一個中斷響應，中斷響應通過讀取BA寄存器里的數值就知道有多少個候選答案，而最標準的

36、答案則在C5寄存器里，輸出的結果是最為準確的。圖4-1 語音芯片中斷流程圖4.2 寄存器的操作和功能芯片所有的操作均在寄存器內實施，其中讀寫共有4類，分別是并行以及串行SPI方式，同時其又分為軟、硬兩類。第46腳（MD）若與低電平進行連接的過程中，則運用此類方法。圖4-2與圖4-3展示的是讀寫時序。4.2.1 并行方式圖4-2 并行方式寫時序圖4-3 并行方式讀時序基于以上時序圖，通過A0便可知道芯片數據是地址段或是數據段。若A0屬于較高位置時，那么則代表地址段，處于較低位置時則表示數據段。要確保CSB*及WRB*在數據讀寫以及地址發(fā)送過程中均為有效的。4.2.2 串行SPI方式將第46腳（M

37、D）通過同高電平加以連接，并將相同的方式運用于接地與第42腿（SPIS*）內，圖4-5與4-6展示的是寫讀時序圖：圖4-4 SPI方式寫時序圖4-5 SPI方式讀時序4.2.3 寄存器的功能在集成電路內，寄存器在存儲方面發(fā)揮著極為重要的效用，一般是通過觸發(fā)器完成的。其中寄存器即可用于電路內部，又可以內外部接口形式存在。軟件以及外部電均月無法實現對內部寄存器的訪問，發(fā)揮的作用是進行存儲以及電路時序要求實現同一。而內外部電路以及軟件均可對以接口形式存在的寄存器加以訪問，與此同時在讀寫速度方面，接口寄存器存在著較為突出優(yōu)勢，所以寄存器在數據傳輸方面有很好的表現。寄存器是系統(tǒng)獲得操作資料的最快速途徑。

38、寄存器有以下三個用途：1可將寄存器內的數據執(zhí)行算術及邏輯運算2存于寄存器內的地址可用來指向內存的某個位置，即尋址3可以用來讀寫數據到電腦的周邊設備。4.3 語音芯片關鍵詞的設置語音識別芯片LD3320每次最多只能識別50個關鍵詞，關鍵詞的形式具有多樣化的特征，詞組、短句、單詞均可能存在，同時也可以是漢字或拼音串，僅需保證拼音串在79個字節(jié)內，漢字控制在10個以內便可。從我們日常說話的情況考慮，我們一般講話的時候會有停頓、打嗝等狀況發(fā)生，且通常出現于第8個字處，上述情況極有可能會導致字符無法識別或錯誤識別，故而，要盡可能的保證關鍵詞短小，若太過冗長并不可取。識別引擎在關鍵詞內容方面并不作過多要求

39、，所有漢字字符串均可，例如歌名、命令等。而ASR不具備精準識別部分關鍵詞，若存在關鍵詞與列表不統(tǒng)一的情形時，也無法實現精準的識別。舉例來說有：語氣助詞等。LD3320在進行語言識別的過程中可以對普通話進行作用，但在方言或英文的識別中并不具備很好的效用，就對中文識別加以分析，發(fā)現若關鍵詞可以通過拼音的方式拼寫出來，都可以輸入給芯片進行識別并獲得結果。4.4 單片機程序下載在進行程序開發(fā)時，編輯、編譯以及下載是必要的存在。因為在STC系列單片機中存有ISP在線下載功能，故而僅僅需要在應用系統(tǒng)內完成PC機和ISP下載電路嵌入便可實施下載操作，詳細步驟有：一：要保證單片機型號統(tǒng)一。二：開啟文件，將所需

40、下載的程序進行編譯，完成代碼文件的生成，并保證擴展名是“.HEX”。三：確定串行口，在USB-RS232轉換器幫助下加以轉換。四：完成功能選擇。五：下載，點擊“Download/下載”按鈕，保證單片機處于通電狀態(tài)，下載程序，等待完成，進行用戶程序自動運行。5 實物制作5.1 pcb電路板的制作流程Pcb電路板的制作主要包括以下一些步驟：（1）制作pcb板的首先但是同樣重要的一步就是原理圖的設計，此設計為了更好的完成原理圖的繪制，采用了Altium Designer2015軟件。在畫圖的過程中，一般的元器件都是可以在元件庫中找到的，直接拖出來十分方便，但并不是原氣庫中存在所有元器件的，一旦缺失元

41、器件那便需要手工繪制。生成一個屬于自己的元件庫。畫完原理圖后，要對元器件進行編號，選擇自動編號，然后再根據需要或者將錯誤的編號進行修改。（2）原理圖的設計繪制工作基本完成以后就要對各個元器件都進行封裝,從而才能制造和做出與各個元器件本身確實具有相同的結構外觀和應用尺寸的一個網格,同樣,部分元件的封裝在我們pcb庫中也找不到或者是有出入,如果是按鍵和開關等都在我的pcb庫中也找不到,就要自己根據各個元件的真實尺寸大小以及其在原理圖中引腳符號進行正確編號,做出正確的封裝。在經過多次檢查以后認為可以確定被正確封裝以后,就正式生成了這個pcb啦。網絡一旦生成以后,就要依照各個元器件在原理圖中的位置，連

42、接關系，尺寸等因素來決定其應該放置什么樣的元器件,同時我們還要充分考慮到這些元器件的安裝位置空間與網絡散熱等一些問題,因此這些元器件既要將其放在一個適合的安裝位置,又就需要特別注意如何保證每個網絡元器件的連接導線之間不能互相發(fā)生交叉。布局是一個繁瑣的工序，不僅要耐心更要細心，雖然軟件給我們提供了自動布局的功能，但自動布局永遠不是最佳的，往往我們都需要根據世紀情況手動調整。（3）下一個工作就是布線，布線就是在將各個元器件與主控單片機的引腳連接起來成一個整體，這個過程建議不要為了圖方便而使用軟件自帶的自動布線功能來完成，因為如果受到我們元器件的放置的位置的影響，自動布線可能會一團糟出現重疊交叉的情

43、況，因此這一步還是要靠我們手動布線來完成。最后我們要進行DRC檢查，檢查的目的就是為了防止出現引線之間互相交叉重疊的這種現象。（4）轉化pcb圖使其以pdf格式存在，選用特制復寫紙運用噴墨打印機來獲得最終制成的pcb圖，在此基礎上實施銅板壓緊操作，用熱交換器加以熱印，熱印的時間一般把控在十分鐘左右，時間過短或者過長都是不可取的，熱印過后這樣我們設計的原理圖就會出現在銅板上。接下來一步就是顯影，把銅板丟進提前準備好的電解質溶液中進行腐蝕，一旦墨跡外的所有地方均被腐蝕，便可取出銅板，接著用水把殘留在銅板上的溶液清洗掉。（5）做打孔與焊接處理，這也意味著工序進入了尾聲。以原理圖為依據，在焊接工具的幫

44、助下在銅板上完成元器件焊接。為了更好的完成元器件放置，需要對相應位置實施鑿孔機打孔，這一系列工作全部完成后再投入使用萬用表檢測各個元器件之間是否通電。5.2 系統(tǒng)調試對系統(tǒng)實施調試的過程有兩個部分，分別是軟件與硬件。實施硬件調試的過程中主要是為了完成硬件電路故障的排除，舉例來說有設計錯誤；而開展軟件調試是為了對程序中出現的錯誤和工藝上的故障加以及時掌握與處置，與此同時，還能夠發(fā)現一些硬件故障。5.2.1 硬件調試單片機的硬件調試和軟件調試緊密相關，在軟件調試的時候往往都能發(fā)現硬件的錯誤和故障，但我們首先還是要排除一些較為明顯的硬件錯誤。以下幾類較為普遍： 1.邏輯錯誤。短路的發(fā)生最為頻繁，此外

45、還有開路、錯線等。 2.元器件失效。分析原因包括：元器件性能要求不符以及自有破損；組裝問題，常見的有錯誤的集成塊安裝方向等。 3.可靠性相對較低。系統(tǒng)的可靠性下降可能是由于插件接觸不良導致的。 4.供電系統(tǒng)故障。若樣機內存有故障，在實施加電的情況下會使得元器件遭到破損，常見的電源故障有：功率不夠、電壓值與設計要求不匹配等。本次設計主要的調試內容如下：（1）焊接按鍵模塊的過程中通過觀察得知表面的線路是正常的。實際上器件間距之間由于焊錫的延伸性導致存在著短路問題，導致按下一個按鍵后有兩個按鍵信號同時做出反應動作。解決方式是用萬用板一一測量線路導通情況再進行觀察進一步解決。（2）pcb布局是采用兩層

46、板的畫法，萬用板焊接時線路繞不通，采用跳線的方式進行點對點焊接，但焊接時容易出現溫度過高導致線皮破損導致跳線疊加。解決方式可采用多點跳線方式，在跳線時多焊接一個支撐點即可。（3）在硬件焊接結束后發(fā)現系統(tǒng)上電發(fā)現芯片出現發(fā)燙燒焦的味道，隨后發(fā)現系統(tǒng)出現錯誤。這時候通過萬用表檢測線路發(fā)現芯片的電源和GND兩個引腳出現了短路，這種短路是焊接過程的焊錫零碎導致的，肉眼上無法察覺。重新更換芯片，并且優(yōu)化短路部分，建議在焊接完成后，最好測試一下每個線路的情況。5.2.2 軟件調試軟件調試主要是對數據的采集和輸出控制，并且在數據的處理上應該得到一個準確的數據值，軟件調試主要是用Keil軟件對整個程序設計語言

47、進行編譯和調試，確保用戶在進行該軟件運用的過程開發(fā)環(huán)境uVision具備簡潔性，為集成環(huán)境，涉及內容有：連接器、C編輯器、仿真調試器，此外還有宏編輯器、庫管理。11利用編、運行，能夠完成錯誤的自行運轉檢查。軟件調試過程中耐心是極為必要的，編譯的失敗可能僅僅因為較小的字符錯誤。還存在一類情況，在編譯以及運行過程中并無差錯發(fā)生，但是到了燒錄步驟時運轉失敗，管腳以及時序編輯的失誤是此類情況發(fā)生的一大誘因。在軟件進行編譯之后，將程序導入到電路中，在事先繪制好的電路圖中進行仿真。軟件的調試工作完成后,并不意味著硬件就有可能成功,由于在模擬仿真的軟件中,元件的時序和實物也并不是完全吻合的,它們之間也存在著

48、時序上的差別,因此,軟件的調試僅僅是我們可以做為判斷程序邏輯是否正確性的一個依據和參考,具體在時序上遇到的問題,還是必須在其他硬件的調試中進一步加以修改。信號的傳輸指令數據與單片機接收的指令存在解析的誤差，一般采用單個字符或者數字進作為控制的指令，不然在單片機解析過程容易出現解析錯誤的現象。此外程序燒錄時,普通燒錄軟件始終超時或檢測不到芯片，經過更換單片機型號和更換com口以及更換波特率依然燒錄失敗，經過老師指導才了解到win10系統(tǒng)對該型號的軟件適配性差導致，隨后更換stc_isp燒錄軟件即可正常燒錄測試。軟件調試主要是針對程序上的bug和邏輯上進行不斷的調節(jié)測試，以保證各個應用之間正常工作

49、且互不干擾?？?結這次智能家居語音控制系統(tǒng)的設計我選用的是單片機，因為在此之前有學習過單片機的相關內容，所以做起來不算特別的困難，特別是在大二的時候，在吳老師在指導下我們自己動手做了pcb板的流水燈，所以使我有了一定的基礎。通過這段時間的學習，從選題目到查資料再到寫論文再到做實物，這些都使我的理論知識的學習得到了提高，編輯論文也使我對word的運用更加熟練。同時對單片機的認識更加全面，對語音識別芯片從一開始的一無所知到后來逐漸的了解，此外我還學到了如何使用互聯(lián)網工具，互聯(lián)網是許多資源的寶庫，如果在這個本科項目中沒有互聯(lián)網，我可能無法完成這個任務，所以我們要擅長使用互聯(lián)網工具去查閱資料?？偟膩碚f

50、一些基本的功能還是得到了滿足，但是由于自身的能力有限，還是存在著很多的缺陷和不足，比如語音識別不夠靈敏，有時需要連續(xù)說很多遍關鍵詞才能識別得到，甚至有時候不能識別到關鍵詞，其次就是功能過于單一，如果真的要運用到實際生活中去的話，這些功能是遠遠不夠的，而這些缺陷反而不會讓智能家居更加便捷，同時系統(tǒng)的完全性也要改善?？傊?，在完成這個畢業(yè)設計項目之后，我深刻地認識到，為了完成一項任務，首先最起碼的是需要指定一個詳細的計劃，一種思維方式和系統(tǒng)的方法。然后按照計劃一步步的來實現，要把握住時間，其次就是要有耐心，善于使用現有的資源;在實踐中發(fā)現和解決問題，同時相信我們有能力解決問題。參考文獻：1 王愛蕓.

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