当传感器检测到警情时, 就会发出报警信号, 分控 制器接收到报警信号, 则将报警信号耦合到电力线上。 中心控制器接收到报警信号后则自动拨打用户预先设 置的电话号码, 电话接通后延迟两秒, 系统自动播放语 音报警信息。
3 SPCE061A 芯片特性简介
SPCE061A 是一款基于 µ 'nSP 内核的 16 位单片机, 其芯片特性如下:
阻和电容对电流信号进行滤波就可以了。 (3) 功放和喇叭输出模块:SPCE061A 提供双通道
10 位的 D/A 输出 AUD1、AUD2,每个通道的输出能力 是 30mA。为了能驱动扬声器放音,我们将输出电路设 计为由负载电阻和三极管 8050 组成的功放电路。
(4) 存储模块:由于芯片内置的存储空间有限,为 了运行复杂的识别程序,必须通过扩展必要的存储芯片 来完成系统的功能。在本系统中我们采用 SPBA01B 和 W29C040 来对 SPCE061A 进行 Memory 扩展。
4 语音识别技术简介
语音识别技术就是一种让机器通过识别和理解过程 把语音信号转变成相应的文本或命令的技术。机器对语 音进行识别、处理的过程与人对语音进行识别、处理的 过程基本上是一致的。目前主流的语音识别技术是基于 统计模式识别的基本理论。一个完整的语音识别系统可 大致分为语音特征提取、声学模型与模式匹配( 识别算 法) 和语义理解三部分。其基本原理如下图所示。
如果采用按键控制,用户发出的按键信号（DTMF）经 解码后送入 CPU,CPU 接收到信号后从中分析出地址信息
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和控制信息并发出控制信号。控制信号经 ST7537 调制后 通过电力线传输到分控制器,由分控制器执行相应的操作。
如果采用口令来控制, 则口令经电话线, 以及电话接 口的语音通道进入,SPCE061A 单片机则将采集到的话音 与预先存储的模板进行比较, 进行语音识别并判断出用 户的指令, 然后发送相应的控制信号。控制信号被送入 电力线调制解调器调制后,通过电力线接口电路耦合到 电力线上进行传输,控制信息也就以广播形式发送出去。 由电力线传送的被调制信号由分控制器系统的电力线接 口电路接收并被送入 ST7537 进行解调,解调后的信号 被送入分控制器。每个分控制器都有自己的固定地址, 分控器读取解码后的地址信息, 并判断与自己的固有地 址是否一致,若一致则接收数据信息并执行相应的操作, 从而实现了对相应家电的控制。操作完成后, 分控制器 向主控制器发回确认信息,再由主控制器控制语音提示 电路发出操作完成或失败的语音提示, 通知电话遥控者。
SPCE061A 的 IOA11~IOA15 与 ISD25120 的地址线相 连,用以设置语音段的起始地址。IOB11 和 IOB13 用以 控制录放音状态。IOB12 连接一按键,供录放音测试时 使用。ANA IN 与 ANA OUT 是模拟信号的输入端和 输出端,它们之间连接耦合电容,通常取值为 0.22~1uF。 语音信号由 SP+ 和 SP- 端经耦合器耦合到电话线或由 扬声器直接播放。录音时,单片机通过口线设置语音段
经验交流
Technical Communications
《自动化技术与应用》２ ０ １ ０ 年第 ２ ９ 卷第 ６ 期
基于单片机的智能家居系统设计
李金波, 田 民
(黑龙江省科学院自动化研究所,黑龙江 哈尔滨 150090)
摘 要:以 SPCE061A 为核心作为主控制器,以 89C51 及相关硬件电路为分控制器,利用电话接口和电力线载波通信,设计了一种智 能家居系统,文中介绍了 SPCE061A 的芯片特性及其在主控制器模块中的应用,在软件设计部分,介绍了系统软件的设计结构, 详细介绍了语音识别子程序的设计并给出了部分关键代码。
home system is designed by telephone interface and electric power line carrier wave communication. The characteristics of SPCE061A and its apllication in the main controller module are introduced in this paper. In the part of software design, the structure of system software is introduced, the design of speech recognition subroutine and some of the key code are introduced in the text. Compared with the traditional smart home system, the system has good human-computer interaction, good reliability, it is cost-effective and easy to promote and put into applications. Key words: SPCE061A; speech recognition; smart home
Techniques of Automation & Applications | 125
《自动化技术与应用》２ ０ １ ０ 年第 ２ ９ 卷第 ６ 期
经验交流
Technical Communications
(1) 主控制器模块:主要完成语音指令的识别和发 送控制信号,语音指令由麦克风或者是电话接口上的语 音通路输入。
口和电力线载波通信等几部分组成。本系统使用了大 量的硬件电路来完成部分功能模块,其目的就是充分利 用硬件电路的可靠性和稳定性以使系统达到较高的性 能。系统的总体结构如下图所示。
2 系统架构
系统主要由主控制器、分控制器(89C51)、电话接
收稿日期：２０１０－０４－０８
图 1 系统硬件原理图
下面分别对各模块的功能做一下介绍:
在本应用中,语音识别技术方面采用凌阳 SPCE061A 作为关键器件,同时凌阳公司提供 bsrv222SDL.lib 库函来 实现所要求的功能[2][3][4][5]。
5 主要硬件模块设计
下面主要对主控制器和语音提示电路作介绍。
5.1 主控制器
系统主控制器主要由 MIC 输入模块、控制模块、存 储模块、功放和喇叭输出模块四部分组成, 其结构如下。
5.2 语音提示单元
本系统主要由语音识别电路和语音提示电路来完成 人机交互,其中语音提示电路的电路原理图如图 4 所示。
图 3 语音识别系统原理图
从图中我们可以看出语音识别一般分为两个步骤: 第一步是系统“学习”或“训练”阶段,这一个阶段的 任务是建立识别基本单元的声学模型以及进行文法分 析的语言模型, 即构建参考模式库。第二步是“识别” 或“测试”阶段,根据识别系统的类型选择能够满足要 求的识别方法,采用语音分析方法分析出这种识别方法 所要求的语音特征参数,按照一定的准则和测度与参考 模式库中的模型进行比较, 通过判决得出结果。
1. 工作电压:内核工作电压 VDD 为 3.0-3.6V(CPU), I/O 口工作电压 VDDH 为 2.4～5.5V(I/O);
2. CPU 时钟:0.32MHz～49.152MHz; 3. 内置 2K 字 SRAM 和 32K 闪存 ROM; 4. 系统处于备用状态下(时钟处于停止状态),耗电 小于 2 μ A@3.6V; 5. 具备触键唤醒的功能; 6. 32 位通用可编程输入 / 输出端口; 7. 2 个 16 位可编程定时器 / 计数器(可自动预置 初始计数值); 8. 7 通道 10 位电压模 - 数转换器(ADC)和单通道 声音模 - 数转换器; 9. 2 个 10 位 DAC(数 - 模转换)输出通道; 10.14 个中断源可来自定时器 A/B,时基,2 个外部 时钟源输入, 键唤醒; 11. 具备串行设备接口;
(4) 电力线载波通信模块:主要用来完成控制信号 在电力线上的传输[6]。
本系统主要完成远程控制家用电器和自动报警两 个功能, 下面我们简要介绍一下系统的工作过程:
当用户通过远方任何一部电话拨打家中的电话时, 系统检测到电话线上出现的振铃信号并开始计数。如 果五次振铃无人接听, 主控制器则发出摘机信号, 实现 模拟摘机,并播放语音提示。用户根据语音提示输入密 码,DTMF 电路将接收到的 DTMF 信号进行解码,并将 解码后的数字信号送入 CPU 验证密码是否正确,三次 输入密码错误则系统自动挂机。如果密码正确,则进一 步提示用户输入控制命令,这时用户可以通过按键或者 直接用口令对家用电器进行控制[7]。
( Heilongjiang Acodemy of Sciences, Harbin 150090 China ) Abstract: Using SPCE061A as the core of the main controller, 89C51 and related hardware as the branch controller, a kind of smart
1 引言
随着科技的发展和人们生活水平的提高, 人们对居 住环境方便快捷的要求越来越高,智能家居系统应运而 生。智能家居是现代电子技术、通讯技术及自动化技术 相结合的产物。它能够实现对家电设备的自动控制和 管理、对家庭的安全进行监测报警,能够为用户提供安 全舒适、高效便利的生活环境。本文结合语音识别技 术,利用 SPCE061A 丰富的语音处理功能,在已有的电力 线和电话线的基础上, 设计了一套智能家居系统, 该系 统结构简单、功能完善并且具有较高的性价比[1]。
(2) 分控制器模块:该模块分布于室内的各个房间, 主要完成报警信号的接收和发送家用电器控制信号。
(3) 电话接口模块:由 DTMF 编解码电路、振铃 检测电路、模拟摘挂机电路以及语音通路组成。DTMF 编解码电路主要用来完成 DTMF 信号的接收和发送,在 本系统中主要是用来完成自动拨号和按键识别;振铃检 测电路是用来检测是否有电话呼叫以及振铃的次数以 便判断是不是需要进行模拟摘挂机;语音通路是语音提 示和电话语音命令的通道。