语音识别控制风扇系统电子课程设计论文.docx

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语音识别控制风扇系统电子课程设计论文

课程设计总结报告

课程名称电子技术课程设计

设计题目语音识别控制风扇系统

语音识别控制风扇系统

一、设计目标与任务

（1）课题背景

现阶段，随着电子科学技术的高速发展，家用电器的智能化水平也越来越高，为了满足人们生活中对家用电器智能化、人性化的需求，语音识别技术应用于家用电器将是不可避免的。

语音识别技术对于实现人机交互也是很重要的一块，如果很好的解决了语音识别技术，并且将这一技术应用于现实生活，这将会给人们的生活带来一次大的变革，也会提高人们的生活步骤，推动社会的发展。

目前，对于中小词汇量的语音识别系统识别的精确率已经达到98%以上，对于特定人的识别精度则更高，但是在成本方面还存在一定的问题，因此研究语音识别控制风扇系统。

（2）研究的目的和意义

现在市场上的电风扇是多功能的，但在语音识别这一块还没有落实，如果我们能让电风扇实现语音识别控制，这样能使电风扇的设计更加的人性化，不需要手动就能控制风扇的开、关、加速和减速等。

这一项功能方便了人们的生活，对于一些残疾人更是提供了方便。

因此，基于SPCE061A凌阳单片机的语音控制风扇系统具有很实际的应用价值。

（3）研究目标容

1）目标

应用语音识别技术，使电风扇能够识别不同的命令，并且执行相应动作。

实现电风扇的智能化、人性化设计。

2）容

①查找相关资料，确定方案，了解整个的设计流程。

②焊接必要的硬件部分，软件代码的编写，逐步调试，最终实现课题要求。

3）具体任务

①电源模块的设计，由LM2576产生所需3.3V电源。

②语音识别部分，采用SPCE061A自带语音识别功能，实现对语音命令的识别。

③电机驱动的设计，采用L298电机驱动电路。

4）设计要求和数据

①、要完成本设计需要认真研究SPCE061A凌阳单片机，熟悉它的语音识别功能的实现方法，以与语音识别功能代码的编写。

②、完成本设计的另一个重要的方面是在硬件的调试方面，硬件焊接，对相关元件的参数取值都要和和很认真仔细的。

二、系统设计与方案论证

根据系统设计要求，要实现风扇能够辨别人所发出的命令，并且响应命令执行（开始、加速、减速和停止）响应动作，这里的风扇采用电机来模拟。

本系统主要由电源模块、主控芯片模块、语音检测模块、语音播放模块和电机驱动模块组成。

系统的总体框架图如下：

图一系统总体框图

硬件方案论证与选择

电源模块方案论证与选择

方案一：

采用三个二极管来提供主控芯片所需的3.3V电源，由5V电压供电，然后在经过三个降压齐纳二极管，就可以给MCU提供3.3V电压。

但这种方案的稳定性取决于二极管的质量的好坏，比较容易造成电源炸机，发生故障的频率较高。

方案二：

爱用LM1117产生SPCE061A核所需要的3.3V电压。

LM1117是一个低压差电压调节器，它具有功耗低、体积小等特点。

：

综合考虑，本系统设计所需要的3.3V电压，采用方案二解决。

主控芯片方案论证与选择

方案一：

采用MCS-51系列单片机作为主控芯片模块，由于本系统设计需求，需要实现语音识别功能，所以需要外加语音识别模块和语音播放模块，这样的话，会造成MCS-51系列单片的I/O端口不够用，需要外扩I/O端口，因此会造成制作本的提高。

方案二：

采用SPCE061A凌阳单片机作为本系统的主控芯片，由于凌阳单片机拥有自带语音识别功能，所以采用凌阳单片机作为主控芯片模块，并且不需要外接语音识别模块，减少成本，性价比高。

比较以上两种方案，方案二成本低并且简单，所以我们选择方案二。

电机驱动模块方案论证与选择

方案一：

选择L298作为电机驱动模块，L298具有较强的驱动能力，输出电压可高达50V，并且可以直接通过电源来调节输出电压，可以用凌阳单片机的I/O直接提供信号。

可以直接用L298的两个引脚来直接用于PWM调节电机转速。

L298具有过流保护功能，可以保护电路和电机等。

方案二：

采用以N沟道增强型场效应管为核心的H桥型PWM控制的电机驱动电路。

该驱动电路通过PWM波来实现对输出电压值和极性的控制，从而来控制电机的转动方式。

这样的调速方式具有调速平滑、调速围广、过载能力大、能效小和能承受频繁的负载冲击等优点，但在硬件上比L298驱动复杂。

方案三：

采用继电器对电机进行开关控制，通过开关频繁切换来实现对电机的调速。

个方案电路结构简单，并且在触点上允许通过较大的电流，但是它存在噪声比较大、机械机构可靠性不高、寿命短等缺点。

所以本系统设计不适合采用继电器作为电机驱动模块。

综合以上理论分析，我们采用方案一，L298作为电机驱动模块。

三、硬件电路设计

1.最小系统电路

最小系统电路图如下图所示，在OSC0，OSC1口接晶振以与谐振电容，在锁相环接入相应电容电阻，在电源端和接地端接上0.1UF去耦电容，提高考干扰能力。

图四SPCE061A最小系统电路

2.SPCE061A语音识别模块硬件结构

在SPCE061A主控芯片对语音信号进行A/D转换具有专门的转换通道——声音模-数转换通道。

并且SPCE061A部置有麦克风放大电路和自动增益控制部分。

自动增益控制部分可以自动调节所收到的麦克风音量，这样使得该系统不会受到发送命令的人所处位置的限制。

SPCE061A部的麦克风前置放大电路主要由输入级、中间级、输出级三部分组成，输入级采用的是差分放大电路，它是麦克风前置放大电路的主要组成部分，差分放大电路作为输入级有很大的优势，能够有效的抑制输入端输入的共模干扰，对于输入的有效差分信号则不会产生任何干扰。

本系统的语音识别信号输入电路如下图所示。

C23，C24是作为退偶电容用，减少噪音信号对语音识别的干扰。

图五语音识别信号输入电路

SPCE061A的音频输出模块硬件电路设计图如下所示：

图七SPCE061A音频输出电路图

3.电源模块电路设计分析

在本系统中SPCE061A所需要用到的3.3V电源，采用AMS1117芯片产生。

AMS1117是一个正向低压降稳压器，AMS1117有两种:

一种为固定输出电压，输出的电压值有：

1.5V、1.8V、2.5V、2.85V、3.0V、3.3V；另一种为可调节输出电压。

AMS1117部集成了过热保护电路和过流保护电路。

为了保护AMS1117的稳定性，在输出端要接一个至少22UF的钽电容

由AMS1117构成的3.3V电压产生电路图如下图所示：

图五AMS1117电路图

由LM2576构成的5V电压产生电路图如下图所示:

图六LM2576电路图

3.电机驱动模块硬件电路设计

L298是专用驱动集成电路，可以驱动感性负载，例如：

大功率直流电机和步进电机等，可驱动46V，2A以下的电机。

其输入端可以直接与单片机连接，并且可以实现电机的正转、反转、加速和减速等控制。

L298有两个电源，分别为逻辑电源和动力电源，6V为逻辑电源。

12V为动力电源。

电路图如下所示：

图七L298电机驱动电路

四系统软件设计

（1）语音识别软件设计

要实现语音识别控制风扇系统的语音部分功能，就要完成语音识别和语音播放功能。

SPCE061A对语音信号的处理过程总体框架图如下图所示：

图一SPCE061A语音部分软件设计框图

语音播放部分的程序流程图如下：

在识别部分：

SPCE061A语音播放模块发出“准备就绪，请开始识别”提示音，则系统进入语音识别阶段。

语音识别部分程序流程图如下：

（2）电机驱动部分软件设计

（3）本设计系统的软件设计流程图如下：

五、焊接与调试

（1）硬件电路制作

根据本系统的设计需要，本系统要设计以下硬件电路：

由12V得到5V和3.3V电源模块、SOCE061A主控芯片最小系统模块、语音检测输入模块、语音播放模块、电机驱动模块。

根据设计要求，我在网上查找了大量相关模块资料，并且仔细阅读了SPCE061A的中文资料，用万用板焊了各个模块的硬件电路，在硬件电路设计与调试阶段借用示波器、万用表、数字电源等电子设备检测了硬件电路的可行性。

（2）硬件电路焊接时注意点

虽然说本设计的硬件部分占的比例稍小，但是硬件焊接也是本次课题设计中很重要的一个部分。

完美的硬件电路设计加上良好的布局熟练的焊接功底，不仅关系到系统硬件设计的美观性，更是关系到本次制作成功于否的关键所在。

在焊接过程中要注意的有以下几点：

1）不要出现虚焊，假焊，短路。

2）不要让电烙铁过久的接触个个模块和零件的引脚，以防过热导致元器件不能正常工作，或者烧坏。

3）极性电容焊接时要注意其正负极不能反接。

普通电容则不需要。

4）在焊接三极管的时候切忌不要把PN结的方向弄错，这个在功放前级放大部分是很重要的。

5）所有电源和地是否都连接在了一起。

6）全部焊接工作完成后，必须仔仔细细的检查一遍，以防焊接错误。

7）芯片的放置方向别弄反，重者会毁坏芯片。

（3）软件程序代码编写

本系统的设计主要在于软件代码的编写，语音识别部分是采用软件设计来实现的。

首

先规划各个模块功能的软件实现方案，并确定程序流程图，然后按照流程如编写软件代码，最后，把各个模块功能的软件代码编写成子函数，在最后实现系统功能时，则采用主程序条用各个功能模块的子函数。

六、展望

近几十年来，语音识别技术得到了快速的发展，已经逐渐由实验室阶段走向了市场。

国外的语音识别技术发展的比较早，进入80年代以后，研究重点就从小词汇量、孤立词的识别转向大词汇量、非特定人连续语音识别。

研究思路上也由传统的基于标准模板匹配的技术思路开始转向基于统计模型（HMM）的技术思路。

我国语音识别技术开始于50年代，发展快速，在1987年，国家863智能计算机专家组为语音识别技术研究专门立项。

我国语音识别技术基本与国际保持同步，并且在汉语言方面有自己的特色和优势，领先于国际水平。

随着电子产业的发展，人类生活的现代化水平越来越高，智能家居将会是家电行业的一个主流方向。

要实现智能家居，语音识别控制是一个重要组成部分。

随着人们生活水平的提高，现代人已不满足于家用电器实现基本的功能，而更加要求电器能够智能化、人性化，能够听懂人说的话，不用手动就能控制。

现在市场上的电风扇是多功能的，但在语音识别这一块还没有落实，如果我们能让电风扇实现语音识别控制，这样能使电风扇的设计更加的人性化，不需要手动就能控制风扇的开、关、加速和减速等操作。

这一项功能方便了人们的生活，对于一些残疾人更是提供了方便。

相信语音识别控制技术会有很广泛的应用市场和发展前景。

七、感想

总的来说，这次课程设计还是比较简单的，通过这次的课程设计，我们对焊接技术有了进一步的认识，焊接水平也有质的提高。

对于语音识别技术更是有了全新的认识，完全掌握了SPCE061A的原理与其技术。

还有，语音识别是一项很有应用前景的全新项目，可以应用于多种未来新新项目，应用围广，可靠性高。

是一个很有前途的创新项目！