语音识别智能家居控制系统的设计与制作
目 录
引言1
一、系统总体设计.2
（一）功能要求.2
（二）系统结构图.2
二、硬件结构的设计.3
（一）主控电路设计.3
（二）电源电路设计.6
（三）语音识别电路设计.6
三、软件的设计9
（一）LD3320工作方式设计.9
（二）系统程序设计10
四、实物制作13
五、系统分析与调试17
结 论19
致 谢20
参考文献21
附录22
（一） 系统原理图.22
（二） PCB图.23
（三） 元器件清单24
（四） 系统程序25
引言
这个智能语音识别控制家居系统主要由硬件和软件两部分组成。硬件主要是语音识别处理模块和声音采集接收器以及继电装置；软件其实很简单，也就是一个接收命令并执行命令的程序。最初的系统设计有两种模式，第一种是硬件一体化，就是硬件与硬件之间用线路连接起来使之成为一个整体系统。第二种是声音采集器与语音识别处理模块之间利用蓝牙模块连接，两者之间利用信号的传递接收命令。但最后我还是决定用硬件一体化的模式，因为蓝牙模块会受很多不确定因素的影响信号的传递，没有第一种来的可靠。此语音识别控制系统不仅能控制家用电器，也可以控制门禁系统，可以说应用的范围很广。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
语音识别技术是一种针对特定人的识别，简单地说，只承认一个人的声音，不适用于更广泛的人群；与说话者无关的语音识别技术正相反，可以满足语音识别的要求不同，适合的人群广泛应用。说话者无关的语音识别是非特定人声语音识别技术，非特定人声语音识别技术的特点是，无论年龄，性别，只要发音人说同样的语言识别。
对语音识别的具体特点的比较，非特定人声语音识别具有一定的优势，是每个人都可以，只要你能说话就行，因此市场开发前景良好。但所有的错误识别，说话人无关的语音识别率很高，但我仍选择说话人无关的语音识别，因为我相信，随着科学技术的进步，这些问题将得到改善。
一、系统总体设计
（一）功能要求
1、语音识别就是用声音采集器也就是麦克风对声音进行收集，然后由系统对声音信号进行转码，并能对声音进行识别。
2、继电器输出控制，由声音识别模块对声音处理而向继电器发出相应的信号，这个信号可以控制继电器的导通和断开。
本设计就是要设计出一个运用语音识别技术来控制继电器，从而使之成为一个智能语音识别开关，对电器设备进行控制。
（二）系统结构图
图1 语音识别开关系统结构总图
二、硬件结构的设计
（一） 主控电路设计
1、89C51单片机简介
对于80C51系列单片机，一共定义了21个特殊功能寄存器。在89C51中，除了21个特殊功能寄存器，另外还增加了5，共26个。
LD3320语音识别芯片的数据是通过数据线把信号传到IO口0-9的，麦克风将语音信号接收进来并让语音识别芯片进行处理，寄存器则会将处理好的结果储存起来，MCU通过数据端口IO口1-9读出结果，然后根据识别结果控制，如果想让它执行开灯命令，那么模块就会发出一个低电平到IO口，然后通过继电器驱动电路来驱动继电器，使继电器导通。如果识别结果是关掉灯，然后给IO口输出高水平，然后通过继电器驱动电路来驱动继电器，继电器就会断开。如果说出的是其他命令，IO口的输出就会不变，这就是系统实现语音转换功能的具体形式。
89C51的引脚如图2所示。
图2 89C51引脚图
2、时钟电路
时钟电路的组成结构一般是晶体振荡器和晶体振动控制芯片还有电容器原理相对简单。单片机的时钟电路采用的是与外部晶振相结构方式的，它为时钟芯片提供相应的运行时钟，如果时钟芯片运行的时钟是0的话，那么单片机将不会工作。
在使用本系统的振荡电路如图3所示， XTAL1和XTAL2引脚的时间要素是在电路的外围部分，而内部振荡电路则会产生自激振荡信号，如果我们想直观的看到效果的话，在示波器上可观察到XTAL2输出时钟信号。
图3 单片机外部时钟电路
3、复位电路
电路恢复到原来的状态就叫复位电路。当电路重新启动的时候，复位电路会自动运行，进行复位；但是我们也可以进行手动复位，如果需要的话。
STC89C51单片机复位输入引脚提供初始化方法如图4。单片机的初始化操作，其主要功能是初始化PC 0000H，单片机开始从0000H单元执行程序。除了正常的初始化到系统中，如果机器在正常工作的时候突然出现异常，如系统混乱或卡死的话，系统也会自动执行复位程序。
图4 复位电路
（二）电源电路设计
1、电源芯片的使用说明
我选择的芯片是LM1117，它是一个正电压输出三端线性稳压电路，当电流为1A时输出的电压为1.2V。
选用LM1117的另一个原因是LM1117会内部集成过热保护过热保护和限流电路，它的这种特性适用于各类的电子产品。
2、 电源电路
图5 电源电路
本系统用的是3.3V电压控制的LM117-3.3稳压芯片，采用7821为其继电器部分提供稳定的直流电源。电源模块电路如图5所示。由vin输入5V电压，其中J8接口接5V直流电压，经过LM117MPX-3.3稳压芯片的变压，从VOUT输出3.3V电压供给语音芯片LD3320以及其他需要的电路，如上拉电阻电路。
（三）语音识别电路设计
1、语音识别芯片简介
（1）功能介绍
主要特点：
通过icroute公司快速和稳定具体的优化算法，完成了与说话者无关的语音识别。用户不需要事先训练记录，可以达到95%的识别准确率。
不需要任何外部辅助的FLASH芯片，内存芯片和AD芯片，可以完成语音识别功能。真的提供了一种单芯片的语音识别解决方案。
该芯片已准备了16位A / D转换器，16位D/A转换器和放大器电路，一个麦克风，立体声耳机和扬声器，可以方便地与芯片引脚的连接。立体声耳机接口输出功率为20mW，和550MW喇叭接口的输出功率，可以产生一个响亮而清晰的声音。
支持并行和串行接口，串行模式可简化与其他模块的连接。
为了促进它的激活，我们可以设定睡眠模式。
2、语音识别电路设计
（1）语音识别芯片外部引脚接线电路如图6所示
图6 语音识别芯片外部引脚接线电路
89C51单片机通过传输通道IO口将数据载入语音芯片；由于是用的并列的加载模式，语音芯片LD3320第46脚为低电平接地。我们说出的声音会经过声音采集器变成电信号，并且通过A/D转换成数字信号，然后LD3320语音芯片会对数字信号进行识别并储存起来， 89C51可以通过数据传输通道，从语音芯片LD3320识别结果，并给出了相应的控制。
引言1
一、系统总体设计.2
（一）功能要求.2
（二）系统结构图.2
二、硬件结构的设计.3
（一）主控电路设计.3
（二）电源电路设计.6
（三）语音识别电路设计.6
三、软件的设计9
（一）LD3320工作方式设计.9
（二）系统程序设计10
四、实物制作13
五、系统分析与调试17
结 论19
致 谢20
参考文献21
附录22
（一） 系统原理图.22
（二） PCB图.23
（三） 元器件清单24
（四） 系统程序25
引言
这个智能语音识别控制家居系统主要由硬件和软件两部分组成。硬件主要是语音识别处理模块和声音采集接收器以及继电装置；软件其实很简单，也就是一个接收命令并执行命令的程序。最初的系统设计有两种模式，第一种是硬件一体化，就是硬件与硬件之间用线路连接起来使之成为一个整体系统。第二种是声音采集器与语音识别处理模块之间利用蓝牙模块连接，两者之间利用信号的传递接收命令。但最后我还是决定用硬件一体化的模式，因为蓝牙模块会受很多不确定因素的影响信号的传递，没有第一种来的可靠。此语音识别控制系统不仅能控制家用电器，也可以控制门禁系统，可以说应用的范围很广。
语音识别技术是一种针对特定人的识别，简单地说，只承认一个人的声音，不适用于更广泛的人群；与说话者无关的语音识别技术正相反，可以满足语音识别的要求不同，适合的人群广泛应用。说话者无关的语音识别是非特定人声语音识别技术，非特定人声语音识别技术的特点是，无论年龄，性别，只要发音人说同样的语言识别。
对语音识别的具体特点的比较，非特定人声语音识别具有一定的优势，是每个人都可以，只要你能说话就行，因此市场开发前景良好。但所有的错误识别，说话人无关的语音识别率很高，但我仍选择说话人无关的语音识别，因为我相信，随着科学技术的进步，这些问题将得到改善。
一、系统总体设计
（一）功能要求
1、语音识别就是用声音采集器也就是麦克风对声音进行收集，然后由系统对声音信号进行转码，并能对声音进行识别。
2、继电器输出控制，由声音识别模块对声音处理而向继电器发出相应的信号，这个信号可以控制继电器的导通和断开。
本设计就是要设计出一个运用语音识别技术来控制继电器，从而使之成为一个智能语音识别开关，对电器设备进行控制。
（二）系统结构图
图1 语音识别开关系统结构总图
二、硬件结构的设计
（一） 主控电路设计
1、89C51单片机简介
对于80C51系列单片机，一共定义了21个特殊功能寄存器。在89C51中，除了21个特殊功能寄存器，另外还增加了5，共26个。
LD3320语音识别芯片的数据是通过数据线把信号传到IO口0-9的，麦克风将语音信号接收进来并让语音识别芯片进行处理，寄存器则会将处理好的结果储存起来，MCU通过数据端口IO口1-9读出结果，然后根据识别结果控制，如果想让它执行开灯命令，那么模块就会发出一个低电平到IO口，然后通过继电器驱动电路来驱动继电器，使继电器导通。如果识别结果是关掉灯，然后给IO口输出高水平，然后通过继电器驱动电路来驱动继电器，继电器就会断开。如果说出的是其他命令，IO口的输出就会不变，这就是系统实现语音转换功能的具体形式。
89C51的引脚如图2所示。
图2 89C51引脚图
2、时钟电路
时钟电路的组成结构一般是晶体振荡器和晶体振动控制芯片还有电容器原理相对简单。单片机的时钟电路采用的是与外部晶振相结构方式的，它为时钟芯片提供相应的运行时钟，如果时钟芯片运行的时钟是0的话，那么单片机将不会工作。
在使用本系统的振荡电路如图3所示， XTAL1和XTAL2引脚的时间要素是在电路的外围部分，而内部振荡电路则会产生自激振荡信号，如果我们想直观的看到效果的话，在示波器上可观察到XTAL2输出时钟信号。
图3 单片机外部时钟电路
3、复位电路
电路恢复到原来的状态就叫复位电路。当电路重新启动的时候，复位电路会自动运行，进行复位；但是我们也可以进行手动复位，如果需要的话。
STC89C51单片机复位输入引脚提供初始化方法如图4。单片机的初始化操作，其主要功能是初始化PC 0000H，单片机开始从0000H单元执行程序。除了正常的初始化到系统中，如果机器在正常工作的时候突然出现异常，如系统混乱或卡死的话，系统也会自动执行复位程序。
图4 复位电路
（二）电源电路设计
1、电源芯片的使用说明
我选择的芯片是LM1117，它是一个正电压输出三端线性稳压电路，当电流为1A时输出的电压为1.2V。
选用LM1117的另一个原因是LM1117会内部集成过热保护过热保护和限流电路，它的这种特性适用于各类的电子产品。
2、 电源电路
图5 电源电路
本系统用的是3.3V电压控制的LM117-3.3稳压芯片，采用7821为其继电器部分提供稳定的直流电源。电源模块电路如图5所示。由vin输入5V电压，其中J8接口接5V直流电压，经过LM117MPX-3.3稳压芯片的变压，从VOUT输出3.3V电压供给语音芯片LD3320以及其他需要的电路，如上拉电阻电路。
（三）语音识别电路设计
1、语音识别芯片简介
（1）功能介绍
主要特点：
通过icroute公司快速和稳定具体的优化算法，完成了与说话者无关的语音识别。用户不需要事先训练记录，可以达到95%的识别准确率。
不需要任何外部辅助的FLASH芯片，内存芯片和AD芯片，可以完成语音识别功能。真的提供了一种单芯片的语音识别解决方案。
该芯片已准备了16位A / D转换器，16位D/A转换器和放大器电路，一个麦克风，立体声耳机和扬声器，可以方便地与芯片引脚的连接。立体声耳机接口输出功率为20mW，和550MW喇叭接口的输出功率，可以产生一个响亮而清晰的声音。
支持并行和串行接口，串行模式可简化与其他模块的连接。
为了促进它的激活，我们可以设定睡眠模式。
2、语音识别电路设计
（1）语音识别芯片外部引脚接线电路如图6所示
图6 语音识别芯片外部引脚接线电路
89C51单片机通过传输通道IO口将数据载入语音芯片；由于是用的并列的加载模式，语音芯片LD3320第46脚为低电平接地。我们说出的声音会经过声音采集器变成电信号，并且通过A/D转换成数字信号，然后LD3320语音芯片会对数字信号进行识别并储存起来， 89C51可以通过数据传输通道，从语音芯片LD3320识别结果，并给出了相应的控制。
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