语音识别技术在无线传输系统中的应用

孙培刚，郑贵金，张全禹

(绥化学院 电气工程学院，黑龙江 绥化 152061)

语音识别技术在无线传输系统中的应用

孙培刚，郑贵金，张全禹

(绥化学院 电气工程学院，黑龙江 绥化 152061)

本文主要研究了语音识别技术和无线传输系统的系统组成及工作原理，并将语音识别技术应用到无线传输系统中。语音识别系统采用具有语音处理功能的凌阳单片机SPCE061A系统，并将其融入到无线传输系统中，组成了一种低功耗、低成本、智能性和应用性较强的语音控制的无线通信系统。

单片机SPCE061A ； 语音识别技术；无线传输系统

随着电子科技技术的发展，无线传输系统在人们生活中应用得越来越广泛。如无线温度计、遥控锁及智能家居的多功能遥控器等，已经成为人们生活中随处可见的无线传输装置。目前市场上的智能家居无线传输装置多采用红外线、蓝牙或者ZigBee传输模块，红外线和蓝牙的传输距离很短，一般在10 m以内；而使用ZigBee模块除需要掌握ZigBee协议外，还需要组网来扩展距离，并且成本较高[1-2]。本文以智能家居的多功能遥控器为例，设计了一种低成本、低功耗、并具有语音识别功能的简易智能家居无线传输装置。下面分别从智能家居的语音识别模块和无线传输装置的系统组成和电路设计等方面进行叙述。

1 系统组成

1.1 语音识别系统

语音识别系统的组成如图1所示：

图1 语音识别系统框图

语音通过话筒转换为电信号后，需要进行预处理。预处理主要包括增益调节和反混叠滤波处理，滤波器采用100～4 000Hz的带通滤波器，用于对环境噪音进行去噪处理；由A/D转换将语音的模拟信号转换为数字信号，并通过线性预测倒普特征处理，提取出语音的特征模型。语音识别的训练阶段，需要将训练成功的语音特征模型进行存储，作为模型比对的标准；语音的识别阶段，是将新输入的语音指令特征模型与训练存储的语音特征模型进行识别判断，如果匹配成功，系统输出相应的数据信号，对智能家居中无线传输模块的发射端进行相应的控制。

1.2 无线传输系统

无线传输系统主要包括发射系统和接收系统。

1.2.1 发射系统

发射系统框图如图2所示。语音识别系统语音识别匹配成功后，会输出相应的数据信号。数据信号由编码电路进行编码处理，转换为脉冲信号。不同的数据信号，转换的脉冲信号占空比不同，以区别不同的指令信息。编码后的脉冲信号，经由调制电路调制，转换为高频已调信号，通过功率放大、滤波等处理后经由天线发射出去[3]。

图2 发射系统框图

1.2.2 接收系统

接收系统框图如图3所示。接收天线接收到高频已调信号后，由解调电路进行解调，去除载波，恢复出脉冲信号[4]，再由解码电路进行解码处理，还原电平信号。再由电平信号对家用电器进行相应的控制。

图3 接收系统框图

这样，就可以通过无线传输系统实现语音信号对家用电器的远距离控制。

2 电路设计

2.1 语音识别电路

语音识别有专用的语音识别集成器件，如AP7003系列、LD3320等语音识别专用芯片。这些芯片一般都是集成了语音识别处理器、AD/DA转换器以及内部RAM等，可以很方便的实现语音识别功能[5]。我们这里选用的凌阳SPCE061系列单片机，它除了能够实现语音识别功能外，还可以由用户自行对单片机其它端口进行设置和编程，扩展智能家居控制器的功能[6]。凌阳SPCE061系列是针对于语音和DSP处理的一款专用的单片机系统，16位微处理器，工作电压为2.6～3.6V，休眠状态下，工作电流小于2 μA，内置ADC和AGC专用语音通道，两组16位I/O口。系统框图如图4所示：

图4 凌阳SPCE061A系统

语音信号由话筒送入凌阳SPCE061A单片机，通过内部的自动增益调节、滤波和AD转换处理后，再由微处理器进行线性预测特征倒普处理提取特征模型。训练阶段，训练成功的语音特征模型存入到凌阳SPCE061A单片机内部的RAM中； 识别阶段，如果输入的语音与训练的语音特征模型匹配成功，由扬声器反馈成功信息，并控制PROTB输出相应的电平[7-8]。

2.2 发射电路设计

发射电路由编码和调制电路组成，如图5所示：

图5 发射电路

编码芯片选用的是常用的SC2262。凌阳单片机PROTB口输出的电平送入数据端D0～D5，由编码芯片SC2262编码处理，并由17脚串行输出序列脉冲信号。图中晶体管9018、315M晶振和电容C1、C2、C4组成石英晶体振荡器，用于产生315MHz的载波信号。通过序列脉冲信号对晶体管基极的控制，完成ASK调制。 发射电路的工作电压为12V，在空旷地的发射距离为50～100 m之间，发射功率为10mW，数据的传输速率为4 kb·s-1，可以满足智能家居无线传输装置的要求。

2.3 接收电路设计

接收电路中的解调电路采用的是2ASK解调电路，如图6所示：

调节电容C2，使谐振频率为315MHz。接收到的高频已调信号由晶体管Q1进行选频放大，Q2和Q3的缓冲隔离，经二极管包络检波电路进行检波，经过比较器LM258输出解调后的脉冲序列信号[9-10]。

脉冲序列信号的解码由解码芯片SC2272进行解码。如图7所示：

图6 2ASK解调电路

图7 SC2272解码电路

脉冲序列信号由解码芯片SC2272的14脚输入，经过解码处理后，由数据端D0～D5输出电平，输出的电平与凌阳单片机PROTB口的电平一致，并由控制电路检测电平信息后进行相应的操作控制，从而完成语音识别的远程控制。接收电路的工作电压为12V，工作静态电流为4mA,接收灵敏度为-105dBm,接收信号频率为315MHz。

语音识别系统在生活中的应用越来越广泛，将语音识别技术融入到无线传输系统中，提高了无线传输系统的智能性和安全性。本文以具有语音控制功能的智能家居无线传输系统为例，介绍了以凌阳单片机为核心的语音识别系统、以编解码片SC2262/SC2272、315M振荡电路、2ASK解调电路为主体的无线传输系统的工作原理，可以实现通过语音对智能家居的无线控制，且成本很低。但文中的设计也有诸多不足之处，如语音模板的录入需要相对安静的环境来完成、语音识别过程有短暂的延时、在有障碍物的情况下传输距离会大幅度减小等现象，需要进一步的改进。

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责任编辑 喻晓敏

The application of speech recognition technology in wireless communication system

SUN Pei-gang, ZHENG Gui-jin, ZHANG Quan-yu

(Institute of Electric Engineering, College of Suihua, Suihua 152061, Heilongjiang,China)

This paper mainly studies the system composition and working principle of the speech recognition technology and the wireless communication system, and the application of the speech recognition technology in a wireless communication system. The speech recognition system uses a voice processing function of single chip microcomputer SPCE061A system applied in a wireless communication system.The wireless communication system is characterized with low power consumption, low cost, intelligent and strong application of voice control.

single chip microcomputer SPCE061A; speech recognition technology; wireless communication system

TN99

A

1003-8078(2016)06-0073-03

2016-09-01 doi 10.3969/j.issn.1003-8078.2016.06.19

孙培刚，男，吉林敦化人，讲师，硕士，主要研究方向为电子、无线通信。

绥化学院校级科研项目(K1302003)。