目前袁家居电气设备的常规控制方式有手动控制和红外遥
控袁随着智能设备的发展袁已经出现了可智能控制的家居设备袁
但是这些设备面对的是具有正常行动能力的人群袁而对于那些
无人照顾尧行动迟缓的老年人和残疾人来说袁使用常规和智能终
端来控制设备显然是不方便和不适用的袁为此本课题设计了一
种基于单片机的语音控制系统袁采用了语音指令控制家具设备
的开启或关闭袁同时可以利用单片机获取传感器采集的环境参
数来监测室内温度袁从而使现代生活变得快速尧便捷尧安全咱员暂遥
员系统硬件设计
本系统主要由语音识别模块尧按键控制模块尧显示模块尧电
机控制模块尧报警模块尧无线控制模块构成袁系统硬件总体设计
模块如图员所示遥
图员系统设计方案框图本文将所有硬件设计按照模块来设计袁模块化设计的好处
在于能够将产品的组合与销量进行结合袁为各个不同的消费者
提供不同的消费等级遥本设计主要包括以下几个方面院员冤显示模块院拟采用液晶显示屏和蕴耘阅灯袁前者可以实时
为主老人提供必要的信息袁如家居开关状态尧时间等遥蕴耘阅灯可
以模拟智能家居灯和其他模块启动指示灯遥圆冤语音识别模块院采用蕴阅猿猿圆园语音识别芯片和相关控制
电路袁在用户的语音进入语音识别部分后袁蕴阅猿猿圆园将把处理过
的数据并行传输到主控制器袁主控制器处理后袁发送命令数据到
可扩展外围串行设备实现控制操作遥猿冤主控模块院拟采用杂栽酝猿圆云员园猿砸悦栽远单片机作为系统控
制器遥源冤报警模块院提供蜂鸣器报警或语言报警两种模式袁针对不
同客户选用不同模式袁防止家居出现问题时可以进行报警袁一定
程度上保证了老人的健康安全遥缘冤供电模块院拟采用锂电池垣小型号光能电池板袁保证整个系统正常运行遥远冤按键控制模块院通过按键来控制系统袁开启系统相关功能遥
苑冤无线控制模块院控制其他一些智能设备袁如智能衣架尧机
库等遥愿冤电机控制模块院用来开通或者关闭门窗等遥
圆程序设计圆援员语音识别模块
蕴阅猿猿圆园模块为集成一体化设计袁首先设置寄存器对芯片
进行初始化袁然后通过设置寄存器把需要识别的关键词或句子
的拼音串传入蕴阅猿猿圆园芯片中袁之后使寄存器控制芯片开始启
动一次识别过程咱圆暂袁按键激活后袁通过咪头和相关电路采集语音
信息袁通过与蕴阅猿猿圆园关键词语列表进行匹配比对袁将相识度最
高的识别码直接通过串口输出到单片机进行处理袁语音写入流
程图和语音识别流程图分别如图圆和图猿所示遥
图圆语音写入流程图图猿语音识别流程图圆援圆主控模块程序设计
主控模块采用杂栽酝猿圆云员园猿砸悦栽远单片机来控制外围设备袁
其工作电压为圆援园灾耀猿援远灾袁具有超强抗干扰尧集成度高尧低功耗
等优点袁足以满足系统需要遥主控模块主要控制四个部分袁即显
示模块尧无线控制模块尧电机模块和报警模块遥
当语音识别模块检测到野开灯冶尧野关灯冶尧野灯亮一点冶尧野灯暗
一点冶关键词时袁系统利用杂栽酝猿圆系列单片机内部定时器的孕宰酝模式产生孕宰酝波形袁通过孕宰酝波的脉冲频率和其占空智能语音控制系统设计
张敏杜丹阳李洪海渊淮阴工学院袁江苏淮安圆圆猿园园猿冤阅藻泽蚤早灶燥枣陨灶贼藻造造蚤早藻灶贼灾燥蚤糟藻原悦燥灶贼则燥造藻凿杂赠泽贼藻皂泽
摘要院基于粤砸酝芯片袁设计一种智能语音控制系统遥系统包括腕带式信息采集终端袁拥有语音识别模块尧按键控制模块尧
显示模块尧电机控制模块尧报警模块尧无线控制模块袁经随身佩戴袁系统稳定袁可靠性较高遥关键词院智能袁语音控制袁腕带式粤遭泽贼则葬糟贼押月葬泽藻凿燥灶粤砸酝熏葬灶蚤灶贼藻造造蚤早藻灶贼增燥蚤糟藻糟燥灶贼则燥造泽赠泽贼藻皂凿藻增蚤糟藻蚤泽凿藻泽蚤早灶藻凿蚤灶贼澡蚤泽责葬责藻则援宰则蚤泽贼遭葬灶凿贼赠责藻蚤灶枣燥则皂葬贼蚤燥灶葬糟鄄择怎蚤泽蚤贼蚤燥灶贼藻则皂蚤灶葬造蚤泽蚤灶糟造怎凿藻凿援栽澡藻怎贼蚤造蚤贼赠皂燥凿藻造蚤泽糟澡葬则葬糟贼藻则蚤扎藻凿蚤灶贼澡葬贼贼澡藻憎则蚤泽贼遭葬灶凿贼赠责藻蚤灶枣燥则皂葬贼蚤燥灶糟燥造造藻糟贼蚤燥灶贼藻则皂蚤灶葬造蚤泽责则燥鄄增蚤凿藻凿憎蚤贼澡葬泽责藻藻糟澡则藻糟燥早灶蚤贼蚤燥灶皂燥凿怎造藻熏葬噪藻赠遭怎贼贼燥灶糟燥灶贼则燥造皂燥凿怎造藻熏葬造蚤择怎蚤凿糟则赠泽贼葬造凿蚤泽责造葬赠皂燥凿怎造藻熏葬皂燥贼燥则糟燥灶贼则燥造皂燥凿怎造藻熏葬灶葬造葬则皂皂燥凿怎造藻熏葬憎蚤则藻造藻泽泽糟燥灶贼则燥造皂燥凿怎造藻熏葬灶凿葬灶燥责藻则葬贼燥则燥灶造赠灶藻藻凿泽贼燥憎藻葬则蚤贼憎蚤贼澡澡蚤皂援栽澡藻责则燥糟藻凿怎则藻蚤泽糟燥灶增藻灶蚤藻灶贼葬灶凿泽蚤皂责造藻援运藻赠憎燥则凿泽押蚤灶贼藻造造蚤早藻灶糟藻熏增燥蚤糟藻糟燥灶贼则燥造熏憎则蚤泽贼泽贼则葬责贼赠责藻智能语音控制系统设计144叶工业控制计算机曳圆园员怨年第猿圆卷第员期
比值控制蕴耘阅灯的亮度及暗灭袁在程序中要先初始化串口尧定
时器和孕宰酝袁然后通过串口的指令接收袁并进入中断读取相应
的指令袁就可以对家居照明系统进行亮度调节等咱猿暂遥
对于无线控制模块袁将采用匀悦原园缘蓝牙发射辕接收模块完
成野操作指令冶的发送和接收遥当语音识别模块检测到野收衣服冶尧野晒衣服冶关键词时袁主控模块和智能衣架直接通过蓝牙串口通
信袁控制智能衣架进行收放遥
对于电机控制模块袁为了满足电机电流和电压启动要求袁将
采用哉蕴晕圆园园猿与酝悦哉引脚相连来驱动步进电机袁模拟电动窗
户尧电动窗帘模块遥
报警模块由温度传感器和蜂鸣器组成袁采用阅杂员愿月圆园温度
传感器测量各房间室内温度袁当发生火灾隐患时袁温度传感器将
采集到的信息送给单片机袁单片机驱动三极管导通袁使蜂鸣器发
出火灾报警信息袁与此同时蕴耘阅灯也发出不同规律的闪烁报警
信号袁提醒正在熟睡或者没有注意到火灾的老人遥猿语音识别算法
语音识别算法中比较常用的有动态时间规整法尧矢量量化
法尧隐马尔科夫模型尧神经网络法四种袁虽然语音识别系统不断
更新袁也产生了各种针对不同词汇量不同说话人不同语音源的
识别产品袁但由于环境噪声对语音识别系统的影响和语音系统
的适应性较差等原因袁现在的语音识别系统还是有很多尚未解
决的问题袁与人们理想中的识别系统总是有差距袁距离人类想达
到的识别目标还有一定的距离咱源暂遥隐马尔科夫模型是现代语音
识别系统的基础框架袁由悦酝哉和陨月酝的研究人员在圆园世纪苑园年代提出袁其用途十分广泛袁在它的基础上后来又发展出各
种不同的隐马尔科夫模型袁而匀酝酝就是其中的一种咱缘暂遥语音信
号本身是一个可观察的序列院它由大脑中不可观察的尧根据语言
需要和语法知识所发出的音素渊词尧句雪参数流组成袁所以语音信
号声学的模型非常适合用匀酝酝来描述咱远暂遥基于匀酝酝的大词汇
量连续语音识别系统如图源所示遥
图源基于匀酝酝的大词汇量连续语音识别系统首先袁由麦克风输入的音频波形经过特征提取转换为特定长度的声学特征向量再袁接着解码器通过解码算法寻找最有可能生成再的词序列憎员押蕴越憎员袁憎圆袁噎袁憎蕴遥从数学角度来讲袁解码器
是用来求解使得后验概率孕渊憎渣再冤最大所对应的参数憎遥即院憎遭藻泽贼越葬则早皂葬曾喳孕渊憎渣再冤札
然而对孕渊憎渣再冤直接建模十分困难袁所以由贝叶斯定理将上式转换为院憎遭藻泽贼越葬则早皂葬曾喳孕渊憎渣再冤孕渊憎冤辕孕渊再冤札
由于观测概率孕渊再冤在给定观测序列的情况下是常数袁对上式进一步简化院憎遭藻泽贼越葬则早皂葬曾喳孕渊再渣憎冤孕渊憎冤札
其中先验概率孕渊憎冤由语言模型确定袁似然概率孕渊再渣憎冤由声学模型确定遥语言模型可以被表示成词串憎出现的概率孕渊憎冤袁可被分解成院孕渊憎冤越孕渊憎灶袁憎灶原员袁憎灶原圆袁噎袁憎员冤
越孕渊憎员冤孕渊憎圆渣憎员冤孕渊憎猿渣憎圆袁憎员冤噎孕渊憎灶渣憎灶原员袁憎灶原圆袁噎袁憎员冤越灶
蚤越员仪孕渊憎蚤渣憎蚤原员袁憎蚤原圆袁噎袁憎员冤
其中憎蚤为词串中的第蚤个单词袁灶为憎所具有的单词个数遥对所有词汇和词序列的条件概率孕渊憎蚤渣憎蚤原员袁憎蚤原圆袁噎袁憎员冤进
行估计是不现实的袁因此采用简化模型袁假定条件概率孕渊憎蚤渣憎蚤原员袁
憎蚤原圆袁噎袁憎员冤只与前面晕原员个词语相关袁则可简化为院
孕渊憎灶渣憎灶原员袁憎灶原圆袁噎袁憎员冤越孕渊憎灶渣憎灶原员袁憎灶原圆袁噎袁憎灶原晕垣员冤
则孕渊憎冤近似为院
孕渊憎冤抑灶
蚤越员仪孕渊憎蚤渣憎蚤原员冤
子词是声学模型基本的声学单元袁在英语中为音素袁比如说
单词遭葬贼由辕遭辕辕葬藻辕辕贼辕三个音素组成曰在汉语中为声母袁韵
母遥以英语识别为例袁对于一个特定的单词憎袁相应的声学模型
是由多个音素模型所得到的多个音素通过查找发音字典揖语法
规则铱拼接而成遥这些音素模型的参数渊如院发射概率尧转移概率
等冤是由包括语音波形及对应的翻译文本所组成的数据集训练
估计得到遥语言模型一般是一个晕元文法模型咱苑暂袁其中每一个单
词出现的概率只与前晕原员个单词有关袁晕元文法模型的参数是
通过计算训练文本语料库晕元组的概率得到的遥
传统解码器对给定的话语句子使用动态剪枝算法咱愿暂渊如灾蚤贼藻则遭蚤
算法冤搜索最优的词序列袁而现代解码器使用带权有限状态转化
器完成解码过程渊当前流行的语音识别工具包运葬造凿蚤便是基于宰云杂栽实现冤袁采用单词网格这样一个十分方便尧有效的结构来
保存多个最优的词序列遥
例如袁说出野你好冶袁系统接收野你好冶的语音波形袁通过特征
提取转化为多个猿怨维的声学特征向量袁声学模型接收这些向
量袁通过多个匀酝酝音素模型咱怨暂得到对应的多个子词渊实际上为
声母袁韵母冤辕灶辕辕蚤辕辕澡辕辕葬燥辕袁通过查找发音字典将音素拼接
成字袁如你尧尼曰好尧号遥接着语言模型登场袁语言模型使用语法规
渊下转第员缘园页
冤表员语音指令表
表圆指令识别结果145
渊上接第员源缘页冤
则通过维特比算法解码得到最优序列野你好冶并将文本输出遥源实验测试
因为蕴阅猿猿圆园芯片是基于拼音匹配的识别结果袁故将表员
中关键词的拼音串传入蕴阅猿猿圆园芯片中遥
由于本设计采用的非特定人进行识别的语音模块袁因此实
验测试选取了愿位参与者袁模块中存储圆园条不同的指令袁令愿
位参与者一次说完圆园条指令袁根据指令识别结果统计成功概
率袁结果如表圆所示遥
根据表圆可以看出语音识别的效果较好袁正确率较高袁可达
到愿缘豫以上袁全部指令基本都可实现遥
参考文献咱员暂李泽彬袁姚有峰袁张飞龙袁等援基于单片机的智能家居语音控制系统设
计咱允暂援电子设计工程袁圆园员苑袁圆缘渊愿冤院员苑缘原员苑苑袁员愿圆咱圆暂全刘辉援带语音识别的家居无线控制系统咱允暂援电子世界袁圆园员远渊苑冤院缘缘原缘远咱猿暂孙红军袁周万根援基于蕴阅猿猿圆园语音识别的智能家居控制系统设计咱允暂援电子测试袁圆园员苑渊员愿冤院员愿原圆园咱源暂钟晨帆援基于蕴阅猿猿圆园芯片的语音识别系统设计与开发咱阅暂援南京院南
京大学袁圆园员缘咱缘暂崔天宇援基于匀酝酝的语音识别系统的研究与实现咱阅暂援长春院吉林大
学袁圆园员远咱远暂赵欢援面向嵌入式计算平台的自动语音识别关键技术研究咱阅暂援长沙院
湖南大学袁圆园员园咱苑暂单煜翔袁陈谐袁史永哲袁等援基于扩展晕元文法模型的快速语言模型
预测算法咱允暂援自动化学报袁圆园员圆袁猿愿渊员园冤院员远员愿原员远圆远咱愿暂徐向华袁朱杰袁郭强援语音识别中基于最小描述长度准则的决策树动
态剪枝算法咱允暂援声学学报袁圆园园远渊源冤院猿苑园原猿苑远咱怨暂王为凯援基于郧酝酝原匀酝酝的声学模型训练研究咱阅暂援广州院华南理工
大学袁圆园员远咱收稿日期院圆园员愿援怨援圆远暂源援猿援圆故障辨识仿真
基于第猿节对故障特征量的辨识结果分析袁对于存在误判
的小波频带能量袁再次将其作为孕杂韵优化神经网络的输入进行
故障辨识分析遥基于上述对孕杂韵优化神经网络算法的设置袁输
入不同的故障特征量对网络进行训练袁训练误差小于该值或者
迭代次数到达最大迭代次数时则结束训练袁利用多组不同状态
下的测试样本对网络进行测试袁孕杂韵优化神经网络的输入层尧
输出层的选择及训练样本尧测试样本的处理遥最终得出测试结果
如表猿所示遥
由表猿的孕杂韵优化神经网络输出结果可见袁小波频带能量
特征量作为输入量的孕杂韵优化神经网络故障辨识袁能够正确辨
识不同的故障类型袁虽然输出员到输出远均存在误差袁但误差均
较小袁不存在误判曰但对金属性接地故障的辨识误差较大袁输出
只有园援愿圆员源和园援苑猿圆愿遥源援源孕杂韵优化神经网络算法与月孕神经网络算法结果比较
在使用相同的训练样本及测试样本的情况下袁分析月孕神
经网络和孕杂韵优化神经网络在配电网单相接地故障辨识故障
中的仿真袁可得如表源所示的结果遥
由表源对两种算法的辨识结果比较可见袁对不同的故障特征量袁孕杂韵优化神经网络算法均不存在误判袁而以小波频带能
量为输入的月孕神经网络算法对经过渡电阻接地故障和高阻接
地故障存在误判遥以小波频带能量为输入的月孕神经网络对金
属性接地和间歇性接地故障的辨识误差几乎为园袁但是对过渡
电阻接地故障和高阻接地故障却存在误判袁而孕杂韵优化神经网
络对其不存在误判遥由此可见袁在故障辨识正确率方面袁在相同
的隐层神经元尧训练精度及相同的训练样本尧测试样本的情况
下袁孕杂韵优化神经网络的辨识正确率更高袁误差更小袁辨识结果
更加可靠袁较月孕神经网络更加高效遥
综上所述袁孕杂韵优化神经网络算法与月孕神经网络算法相
比袁在相同的隐层神经元尧训练精度及相同的训练样本尧测试样本
的情况下袁对输入的不同故障特征量袁孕杂韵优化神经网络都能保
持较高的正确率袁不存在误判且误差均较小袁辨识结果更加可靠遥
参考文献咱员暂毛晓东援电力系统故障诊断应用技术研究咱阅暂援哈尔滨院哈尔滨工程大
学袁圆园园怨咱圆暂要焕年袁曹梅月援电力系统谐振接地咱酝暂援北京院中国电力出版社袁
圆园园怨咱猿暂杨耿煌袁温渤婴援基于量子行为粒子群优化原人工神经网络的电能质
量扰动识别咱允暂援中国电机工程学报袁圆园园愿袁圆愿渊员园冤院员圆猿原员圆怨咱源暂魏海坤援神经网络结构优化的理论与方法咱酝暂援北京院国防工业出版
社袁圆园园缘咱缘暂汪庆年袁饶利强袁龚文军袁等援基于孕杂韵优化的月孕神经网络在电动
机绝缘剩余寿命预测中的应用咱允暂援水电能源科学袁圆园员缘渊员圆冤院员远员原员远源咱远暂涂娟娟援孕杂韵优化神经网络算法的研究及其应用咱阅暂援镇江院江苏大
学袁圆园员猿咱收稿日期院圆园员愿援员园援源
暂表猿小波频带能量特征量孕杂韵优化神经网络
输出表源两种算法的辨识结果比较配电网单相接地故障辨识方法150