智能语音识别控制器的设计

马建富 谭科华 张刘愈

摘要：智能控制系统是建立起一种更便捷的控制为目的，而繁琐的传统键盘和按钮操作已不能满足要求，所以需要建立一个更方便、更智能、更加人性化的人机控制方式，由此一种摆脱双手束缚的智能语音识别控制技术应运而生。本文设计的初衷为现代化智能便民家居实行语音控制。涉及技术有音频采集、音频滤波处理、音频应答数据库的建立，以及基于STM32C8T6的实时嵌入式控制系统，可以实现家居电器的集中监测和语音智能控制。

关键词：STM32C8T6;音频采集;语音识别;智能控制

中图分类号：TN912.34   文献标识码：A   文章编号：1672-9129（2020）16-0093-01

1 引言

设计是基于听觉的新型人机交互方式，目前主流的语音控制技术是基于统计模式的数据库对比方案，其运算量大，预算复杂，对设备内存和运算速度提出了较高的要求;嵌入式语音识别系统相比于其他的语音识别系统，虽然其运算速度与内存容量较小，但是它具有体积和成本投资小、功耗低、可靠性高、安装灵活等优点，特别适用于智能家居、消费电子产品等微控制领域。。

2 系统的硬件设计

本次设计的智能语音识别控制系统的主体硬件设计框图如图1所示。

如图1所示，本设计由STM32F103C8T6主控器、LD3320语音识别/声控模块、JQ8400 语音硬解码模块、12V供电系统组成。

2.1主控制电路：主控电路采用的是ST公司的，基于ARM Cortex—M3 32位RISC内核的STM32F103C8T6芯片。该芯片工作频率最高可达72 MHz，内置高速存储器以及丰富的增强I/O端口，为该控制器控制外围电路提供了可靠保障。

2.2语音识别模块：采用LD3320芯片，是一款非特定人语音识别芯片，其提供的语音识别技术，是基于“关键词语列表”的识别技术，识别语句内容可以动态编辑修改，只需要主控STM32把识别关键词语的识别码串通过设置寄存器的方式传入芯片内部。

2.3 JQ8400语音硬解码模块：我们采用的是一线串口控制，JQ8400与STM32串口2进行连接，用于识别语音后喇叭发出声音，由于JQ8400的驱动能力较弱，因此我们常采用其附加的8002A进行音频放大。

2.4 12V供电系统组成：控制部分所涉及的电源是3.3V-5.0V之间弱电，它采用统一的5V1A标准电源适配器供电，3.3V电源采用AMS117 -3.3V降压模块得到。

3 系统的软件设计

设计的程序设计主要分为三部分;STM32嵌入式中控系统、LD3320语音识别、JQ8400-FL音频硬解码输出的设计。

3.1 STM32嵌入式中控系统：我们设计是基于ARMCortexTM-M3 32位的RISC内核的STM32F103C8T6芯片为中控的语音采集的实时控制系统，为对信息的采集、处理、任务的分层化处理、系统的响应速度提出较高的要求，它采用源码公开、可移植、占先式的μC/OS-II实时多任务操作系统。

3.2 LD3320语音识别：由于LD3320 芯片上集成了高精度的 A/D 和 D/A 接口，可以实现语音识别/声控/人机对话功能。并且只需要把识别的关键词语以字符串的形式传送进芯片，即可以在下次识别中立即生效。其编程流程为：初始化—STM32中编写识别列表并传入LD3320—识别对比—响应中断。

3.3 JQ8400-FL音频硬解码输出：JQ8400-FL语音芯片采用SOC方案，采用硬解码的方式，更加保证了系统的稳定性和音质。在语音内容更换上，只需要跟换 SPI-flash 内的语音内容，简化了传统语音芯片需要安装上位机才能更换语音的难题。在音频输出上，STM32与JQ8400-FL通过串口通信的模式将需要播放的音频识别码传入，以达到音频的输出。

4 设计总结

我们设计的成果是一个基于STM32C8T6微控制器的智能语音识别控制器，可以通过语音控制一些常用的开关，或者控制一些智能设备，有语音播报提醒功能。设备采用离线的语音采集芯片LD3320，采用非特定人语音识别技术，不需要用户进行录音训练;可动态编辑的识别关键词语列表，只需要把识别的关键词语以字符串的形式传送进芯片，即可以在下次识别中立即生效;支持用户自由编辑 50 条关键词语条，即在同一时刻，最多在 50 条关键词语中进行识别，终端用户可以根据场景需要，随时编辑和更新这 50 条关键词语的内容，可适用于各种环境和各种条件下的控制。设计的硬件电路原理图如图2所示。

智能语音识别控制器的设计建立了一个既可通过语音远程控制又可通过手动控制来实现对外部设备进行控制的系统，设备的控制呈现多元化，可根据不同的场景选择不同的控制方式，语音远程控制能建立一个更方便、更智能、更加人性化的人机控制方式，由此解放人们的双手，有一定的应用价值。

参考文献：

[1][美]Lawrence_R._Rabiner. .语音识别基本原理[M].清华大学出版社， 1999

[2]俞栋 邓力. 解析深度学习：语音识别实践[M].电子工业出版社，2016

[3]刘火良，杨森.STM32库开发实战指南[M].機械工业出版社，2020.

[4]杨少春.传感器原理及应用[M].电子工业出版社，2011.