一种嵌入式智能语音控制器的制作方法

[0001]
本实用新型涉及语音控制技术，具体涉及一种嵌入式智能语音控制器，特别适用于智能家居、消费电子等微控制领域。


背景技术：

[0002]
随着物联网技术的不断发展，人们对控制器的便捷性、速动性、灵活性要求越来越高，而繁琐的传统键盘和按钮操作已不能满足要求，所以急需要建立一个更方便、更智能、更加人性化的人机控制方式。在此背景下，一种摆脱双手束缚的智能语音识别控制技术应运而生。它是基于语音采集的新型人机交互方式。然而，目前主流的语音控制技术是基于pc统计模式的数据库对比方案，其运算量大，对设备内存和运算速度也有着较高的要求，成本高。
[0003]
嵌入式语音控制是指应用各种先进的微处理器在板级或是芯片级用软件或硬件实现语音识别控制技术。嵌入式语音控制和基于pc机的语音控制相比，虽然运行速度和内存容量有一定限制，但它具有体积小、功耗低、可靠性高、成本小、安装灵活等优点。
[0004]
因此，本申请有必要提出一种能够适用于智能家居、消费电子等微控制领域的小型化、低成本化的嵌入式智能语音控制器及其控制方法。


技术实现要素：

[0005]
本实用新型所要解决的技术问题是：提出一种能够适用于智能家居、消费电子等微控制领域的小型化、低成本化的嵌入式智能语音控制器。
[0006]
本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案是：
[0007]
一种嵌入式智能语音控制器，包括语音识别模块、音频解码输出模块和主控模块；所述语音识别模块与主控模块通过spi协议通信，所述主控模块与音频解码输出模块通过串口连接；所述语音识别模块用于对用户语音输入进行分析和特征提取，通过匹配关键词列表获得语音识别结果，传送给主控模块；所述主控模块根据语音识别结果控制相应执行设备执行对应动作，并控制音频解码输出模块输出对应的音频提示内容。
[0008]
作为进一步优化，所述主控模块包括：单片机、程序接口、第一电容至第四电容c1-c4、第一晶振y1、第二晶振y2、第九电容c9、第九电阻r9、第五电阻r5、第三二极管d3和按键s1；所述第一晶振y1的两端分别接单片机的pc14、pc15脚，并分别通过第一电容c1和第二电容c2接地；所述第二晶振y2的两端分别接单片机的pd0、pd1脚，并分别通过第四电容c4和第九电容c9接地；所述第九电阻r9并联在第二晶振y2两端；所述第三二极管d3正极接所述程序接口的4脚，负极通过第五电阻r5接地；所述程序接口的1脚接地，2、3脚分别接单片机的pa14和pa13脚；所述第三电阻r3一端接程序接口的4脚，另一端通过第三电容c3接地；所述按键s1一端接单片机的nrst脚，另一端接地。
[0009]
作为进一步优化，所述单片机采用stm32f103c8t6芯片。
[0010]
作为进一步优化，所述语音识别模块包括：语音识别芯片、第一电阻r1、第二电阻
r2、第四电阻r4、第六至第八电阻r6-r8、第十至第二十电阻r10-r20、第二十二至第二十七电阻r22-r27、麦克风、第五至第七电容c5-c7、第十至第十四电容c10-c14、第二十至第二十二电容c20-c22、第二十四至第二十六电容c24-c26、第一二极管d1、第二二极管d2和电感l1；
[0011]
所述第四电阻r4、第七电阻r7、第八电阻r8、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十三电阻r13、第十四电阻r14和第十五电阻r15的一端分别对应连接语音识别芯片的p0-p7脚，另一端均连接3.3v电压；第十至第十四电容c10-c14并联后一端接地，另一端通过第十六电阻r16接语音识别芯片的a0脚；所述第十七至第二十电阻r17-r20一端分别对应连接语音识别芯片的rdb脚、wrb脚、csb脚和rstb脚，另一端均接3.3v电压；所述第一电阻r1和第二电阻r2一端均接3.3v电压，另一端分别通过第一二极管d1和第二二极管d2连接至语音识别芯片的rsv6脚和rsv7脚；所述第五电容c5和第七电容c7一端分别连接至语音识别芯片的micp脚和micn脚，另一端分别连接至所述麦克风的正负极，并分别通过第六电阻r6和第十二电阻r12连接在第六电容c6两端；所述第十五电容c15一端接语音识别芯片的eq1脚，另一端通过第二十三电阻r23连接第二十五电阻r25和第二十电容c20组成的并联电路；所述语音识别芯片的vree脚通过第二十一电容c21和第二十二电容c22的并联电路接地；所述语音识别芯片的vdda脚通过电感l1、第二十四至第二十六电容c24-c26组成的滤波电路接地。
[0012]
作为进一步优化，所述语音识别芯片采用ld3320芯片。
[0013]
作为进一步优化，所述音频解码输出模块包括：flash芯片、语音解码芯片、usb接口、稳压芯片、功放模块、第十六至第十九电容c16-c19、第二十一电阻r21、第二十六电阻r26、第二十八电阻r28、第二十九电阻r29、第四二极管d4、第五二极管d5以及第二十七至第三十一电容c27-c31；
[0014]
所述flash芯片的d0脚通过第二十一电阻r21接语音解码芯片的p01脚，所述语音解码芯片的p02脚通过第四二极管d4和第二十九电阻r29接地；所述语音解码芯片的vcom脚通过第二十八电容c28接所述usb接口的5脚，所述usb接口的1脚通过第五二极管d5接稳压芯片的输入端；所述稳压芯片的输入端通过第二十九电容c29接地；所述稳压芯片的输出端连接flash芯片和语音解码芯片的电源端，并通过第三十电容c30和第三十一电容c31的并联电路接地；所述第十九电容c19和第二十七电容c27一端分别接语音解码芯片的vmcu脚和电源端，另一端均接地；所述功放模块的in+脚通过第十八电容c18接地，in-脚通过第二十六电阻r26和第二十三电容c23接语音解码芯片的dacr脚；所述功放模块的vdd脚通过第十六电容c16和第十七电容c17的并联电路接地，vo脚通过第二十八电阻r28接in-脚。
[0015]
作为进一步优化，所述语音解码芯片采用jq8400-fl音频硬解码芯片。
[0016]
本实用新型的有益效果是：
[0017]
基于本实用新型设计的上述结构的嵌入式智能语音控制器，采用离线的语音采集芯片ld3320作为语音识别模块，采用非特定人语音识别技术，不需要用户进行录音训练，且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；采用功耗低、价格偏移、并具有丰富io接口的stm32f103c8t6微控制芯片作为主控，从而替代传统语音识别控制系统的pc机，根据语音识别结果控制执行设备执行对应动作；采用jq8400-fl语音解码芯片作为音频解码输出，以硬解码的方式输出相应的语音提示，保证了系统的稳定性和音质，以提高用户交互体验。上述
嵌入式智能语音控制器的结构简单、实现成本低、体积小，特别适用于智能家居、消费电子等微控制领域中的语音交互控制。
附图说明
[0018]
图1为本实用新型中的嵌入式智能语音控制器的原理示意图；
[0019]
图2为本实用新型中的嵌入式智能语音控制器的电路结构图。
具体实施方式
[0020]
本实用新型旨在提出一种能够适用于智能家居、消费电子等微控制领域的小型化、低成本化的嵌入式智能语音控制器。该嵌入式智能语音控制器包括语音识别模块、音频解码输出模块和主控模块；所述语音识别模块与主控模块通过spi协议通信，所述主控模块与音频解码输出模块通过串口连接。其实现原理如图1所示，语音识别模块ld3320采集用户的语音输入，
[0021]
进行分析和特征提取，通过匹配关键词列表获得语音识别结果，通过spi协议传送给stm32主控模块；stm32主控模块根据语音识别结果控制外围电路执行对应动作，并通过串口控制音频解码输出模块jq8400输出对应的音频提示内容，音频提示内容通过扬声器反馈给用户。
[0022]
实施例：
[0023]
本实施例中的嵌入式智能语音控制器的电路图如图2所示，各个部分具体说明如下：
[0024]
1、主控制模块：主控模块采用的是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72mhz，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。
[0025]
2、语音识别模块：语音识别采用ld3320芯片。ld3320芯片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。
[0026]
语音识别处理过程采用中断应答的工作方式。利用中断的优先级不同，对不同的事件依据重要性的高低依次设置从高到低的优先级，从而让芯片同时接受到多个语音指令时可以处理优先级高的重要事件，当芯片未接收到语音信号时，一定时间后自动进入休眠待机。
[0027]
为了提高识别的准确率，ld3320芯片在其内部的识别运算器中建立了容错语句库和垃圾语句库。在运算识别中，预先设置一些垃圾特征值，当传入的特征值与于预先设置的垃圾语句相近时，运算器直接当成垃圾语句处理；当传入特征值与容错语句库中的语句相似时，当成该相似度最近的事件处理，从而降低了识别的误判率。
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3、音频解码输出模块：采用jq8400-fl语音解码芯片，该芯片采用soc方案，集成了16位的mcu以及一个专门针对音频解码的adsp，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主控与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。
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在硬件连接上，本实用新型创新的将语音的采集输入、中控处理、处理结果的语音输出三个模块独立分开，降低了故障率，提高了控制器的处理速度和精准度。通过spi协议将ld3320和stm32模块进行连接通信，当stm32读取识别到的标志，控制相应的设备动作，同时再通过串口通信，将语音输出模块jq8400与stm32串口2进行连接，用于识别语音后声音提醒。
[0030]
上述嵌入式智能语音控制器的工作过程是：
[0031]
ld3320芯片利用端点检测vad技术获取经过麦克风输入的用户声音段，对此声音段实施频谱分析，并进行语音特征的提取，将提取的语音特征在关键词语列表中进行匹配，以关键字列表中得分最高的关键词语作为最终语音识别的结果输出，然后通过spi协议将识别结果传输给stm32主控，stm32主控根据识别结果查询对应的控制指令，将此控制指令发送给相应的外围电路，从而执行相应的控制功能，同时，stm32主控通过串口向jq8400-fl语音解码芯片传输需要播放的音频内容的识别码，jq8400-fl语音解码芯片进行硬件解码后通过放大电路驱动扬声器播放对应音频内容。