现有的常见墙壁开关有如下缺点：

（一）不方便；

（二）不安全，有时为了方便开关进行私接电线这样很不安全。

（三）控制地点少，最多只能实现两地控制。

基于单片机的语音智能控制家电设计系统很好的解决了传统开关灯的不方便、不安全、控制地点受限制等问题，此设计源于生活中无处不在的声音，声音在空气中传播，当我们使用的电器能听到我们的声音之后，只要利用好这种技术我们就可以很好的实现家电的无线控制了。

语音识别技术是以语音为研究对象,通过语音信号处理让机器自动识别和理解人类的语言的一种技术。它已成为目前世界上最热门和最具发展前景的新型信息技术之一。

语音识别技术在计算机“语音输入”的成功应用，初现其简便、快捷、灵活的优点，将其应用于公共照明系统、卫生系统、导航仪、售货售票机、电磁炉、微波炉、智能家电等方面的研究正方兴未艾。

传统的家电控制方式，无外乎开关按键和红外遥控两种，存在需要人去直接触碰，有强电泄露的安全隐患；控制距离短，不能穿墙；当遥控器型号过多时，信号容易混淆等等缺点。于是，基于半导体技术的声控开关、基于GSM网络的远程遥控器、基于物联网技术多功能插座……等新型家电控制方式相继出现，虽在一定程度上填补了市场空白，但仍无法满足人们，特别是老年人、残疾人对家电控制的无接触操作、…、一语多控的个性化要求。

随着科学技术的发展，人们寻求一种更为直接的人机对话方式。语音信号就是最基本、最有意义的一种信息。本设计实现了非特定人语音对家用电器的远程控制，其意义不光在智能家居上得以体现，同时，它也可以应用于公共照明系统、卫生系统、楼宇对话、导航仪等多种领域。可以说，它极大地方便了人们的现代生活方式，让普通大众能够享受到科技进步带来的改变。

语音是人类最简单、自然、方便和最有效的交换信息方式，用语音代替按键输入，让家电具备“听力”，实现对家电的控制，是家电智能化的重要标志之一。基于此，我们基于51单片机、LD3320语音芯片，提出“基于单片机的语音智能控制家电设计系统”课题，实现对家具电器的语音识别控制，具有广阔的市场前景和应用前景。

① 通过对语音识别整体技术路线的研究，确定利用LD3320芯片完成语音识别的设计方案；

② 了解PWM的基本原理，学习利用单片机控制LED调光和风扇调速；

③ 参照STC12系列单片机的芯片手册，学习并熟悉该系列MCU的硬件特性、寄存器分布、编程方法和调试手段；

2、设计研究

系统整体分为如下几个部分：由语音识别模块、51单片机、接口电路组成家电语音控制平台。整个系统的硬件电路主要包括核心主控制和语音识别两个部分主控制部分为STC公司STC12LE5A60S2单片机，语音识别部分为LD3320语音识别芯片系统，在用户的语音进入语音识别部分后，LD3320将把处理过的数据并行传输到主控制器，主控制器处理后，发送命令数据到可扩展外围串行设备实现控制操作。

本设计的主要技术关键是语音信号的采集以及处理与判断，语音芯片LD3320提供的语音识别技术是基于关键词列表的识别技术。ASR技术语音识别芯片完成的工作就是：把通过MIC输入的声音进行频谱分析，提取语音特征，和关键词列表中的关键词进行匹配，找出得分最高的关键词作为识别输出结果，然后利用单片机的IO口进行家电的控制。

① 非特定人语音识别模块设计

语音识别芯片能在下面两种情况下给出识别结果：

(1)外部送入预定时间的语音数据后，芯片对这些语音数据运算分析后，给出识别结果；

(2)外部送入语音数据流，语音识别芯片通过端点检测VAD，判断用户是否停止说话，把用户从开始说话到停止说话之间的语音数据进行运算分析后，给出识别结果。

LD3320内部集成了快速稳定的优化算法，因此不需外接Flash和RAM等存储设备，同时LD3320也不需要用户事先训练和录音来完成非特定人的语音识别，因此LD3320的语音识别率比较稳定，准确率也比较高。

（1）语音识别分三个步骤：频谱分析、特征提取、匹配识别。LD3320已把各部分硬件集成在单芯片上，我们主要对LD3320进行二次开发；

（2）LD3320芯片采用并行方式直接与STC12LE5A60S2单片机相接，并均采用1 k电阻上拉，A0用于判断是数据段还是地址段控制信号RDBWRBCSBRSTB（复位信号） 以及中断返回信号INTB与STC12LE5A60S2直接相连；

（3）设计步骤：确定寄存器读写操作方式（并行或串行SPI），熟悉寄存器的功能，确定所需寄存器的地址，编写驱动程序（初始化→写入识别列表→开始识别→响应中断）；

（4）为了辅助系统稳定工作，均采用10k电阻上拉LD3320芯片和STC10L08XE采用同一个外部22.1184MHz时钟；

（5）MBS作为麦克风偏置，并且加接RC电路，以保证能输出一个浮动电压给麦克风。

Voice Recognition LD3320语音识别芯片是一款只需要在主控MCU的程序中设定好要识别的关键词语列表，并动态地把这些关键词语以字符的形式传送到芯片内部，就可以对用户说出的关键词语进行识别，不需要用户事先训练和录音的非特定人语音识别模块。该模块可以设置50项候选识别句，每个识别句可以是单字，词组或短句，长度为不超过10个汉字或者79个字母的拼音串，可由一个系统支持多种场景，并且可以根据当地一些口音，适当加入方言的拼音组合，这样一来还可以识别当地方言，增加了个性化。

② 单片机控制器

主控制器STC12LE5A60S2单片机的工作电压为3.3V，拥有8K的FLASH，512字节的SRAM，含有异步串行接口，40个I/O接口，拥有两路接口支持硬件PWM功能，从而可以实现PWM控制，因此足以满足主控制系统对资源的需要。

③ 典型的基于统计模式识别方法的语音识别系统由以下几个基本模块构成：

(1)信号处理及特征提取模块

该模块的主要任务是从输入信号中提取特征，供声学模型处理。同时，它一般也包括了一些信号处理技术，以尽可能降低由于环境噪声、信道、扬声器等因素对特征造成的影响。

(2)统计声学模型

典型系统多采用基于一阶隐马尔科夫模型进行建模。

(3)发音词典

发音词典包含系统所能处理的词汇集及其发音。发音词典实际提供了声学建模单元与语言模型建模单元间的映射。语言模型。语言模型对系统所针对的语言进行建模。

(4)语言模型

语音模型针对系统所需要识别的语言进行建模，理论上，包括正则语言，上下文无关文法在内的各种语言模型都可以作为语言模型。但目前各种系统普遍采用的还是基于统计的N元文法及其变体。

(5)解码器

解码器是语音识别系统的核心之一，其任务是对输入的信号，根据声学，语言模型及词典寻找能够以最大概率输出该信号的词串。

④ 负载控制

为了实现对家电电器的控制，我们采用LED灯和继电器模拟实物电灯或者家电，通过语音识别去控制电灯和家电的开关，为降低其他音源影响，提高识别率，本系统采用两级指令完成对系统的控制。向LD模块添加关键词时，通过编辑程序定义二维数组设定一级语音指令为“小白”，二级语音指令为“开灯”、“关灯”，设定指令时，添加拼音的输入方式作为关键词数组，例如添加“小白”命令，则写入“xiao bai”，汉字间的拼音用空格隔开。实现功能为接收语音指令“小白”时，开发板3个红绿蓝LED指示灯点亮，继而接收二级语音指令“开灯”或者“关灯”，3个红绿蓝LED指示灯逐渐熄灭，此时继电器控制的负载LED电灯“点亮”或者“关闭”。通过4路继电器去输出可以去控制家里的家电，比如风扇，电视，音响强电控制等等，可以说：“打开风扇”，“关闭风扇”或者“打开音乐”，“关闭音乐”等等，一系列的二级语音口令可以自定义设置去实现对家电的开关控制。

⑤ 实现目标

利用LD3320语音芯片，大大简化了语音处理的技术步骤，从而使语音识别得以模块化。语音识别芯片完成的工作有：把通过MIC输入的声音进行频谱分析->提取语音特征->和关键词语列表中的关键词语进行对比匹配->找出得分最高的关键词语作为识别结果输出。我们需要作的只是：确定寄存器读写操作方式（并行或串行SPI），熟悉寄存器的功能，确定所需寄存器的地址，编写驱动程序（初始化→写入识别列表→开始识别→响应中断）；最后由主单片机完成家电的控制。技术成熟，方法可行。

利用LD3320语音芯片，设计麦克风偏置、单片机控制器、模拟电源辅助等接口电路，编写驱动程序，设计的“语音识别模块”，实现了“家电控制命令”的识别，识别率高，不必人工训练，都可轻松使用。实现了“声音和家电”沟通、控制，安全、方便、灵活。具有抗干扰能力强、一语多关、方便（老年人和残疾人使用）、安全等特点， 应用前景广阔。

2、设计阶段：

12月29日—1月4日：总体方案设计及论证并提交开题报告给指导教师审阅。

1月5日—1月11日：完成原理图设计,单元电路设计,硬件设计,程序编写。

1月12日—2月1日：完成基于单片机的语音识别系统的综合设计和验证。

3、制作阶段：

2月2日—4月1日：制作、焊接、调试 。

4、论文阶段：

4月2日—9日：整理毕业设计资料、刻录资料。

4月10日—19日：撰写论文及论文格式修改。

5、答辩阶段：4月20日—29日：提交论文最终文稿,答辩准备。

5月：参加答辩。

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