基于PSTN的智能家居遠程語(yǔ)音控制系統設計

摘要：結合語(yǔ)音識別技術(shù)、嵌入式技術(shù)設計了智能家居語(yǔ)音控制系統，根據智能家居控制的特點(diǎn)以及人機自然交互的理念，設計了一種利用S3C2410設計的智能家居語(yǔ)音控制器，給出了整體設計框圖、硬件電路的各部分具體構成以及相應的軟件設計思想。該方案設計并研制出的語(yǔ)音控制器具有成本低，且既能進(jìn)行本地控制又能通過(guò)PSTN實(shí)現遠程控制的特點(diǎn)。實(shí)驗表明，該語(yǔ)音控制系統的語(yǔ)音識別效率高，可靠性強。
關(guān)鍵詞：遠程控制；語(yǔ)音識別；PSTN；MFCC；HMM

0 引言
隨著(zhù)科技的發(fā)展，越來(lái)越多的智能家居產(chǎn)品進(jìn)入人們的家庭，如何對它們進(jìn)行簡(jiǎn)單、有效的控制是擺在人們面前的一個(gè)難題。另一方面，人們渴望用電話(huà)在需要時(shí)遠程控制各種家電以方便生活之需。目前，針對智能家居的遠程控制往往采用類(lèi)似于計算機網(wǎng)絡(luò )的分層體系結構，成本較高。由于家電控制網(wǎng)絡(luò )傳送的信息量是很少的，不必像計算機網(wǎng)絡(luò )那樣進(jìn)行分層設計，故結合語(yǔ)音識別技術(shù)、PSTN(公共交換電話(huà)網(wǎng))等實(shí)現了智能家居的本地及遠程控制。

1 整體方案設計
目前，常用的語(yǔ)音識別方法有DTW(動(dòng)態(tài)時(shí)間規整)、HMM(隱馬爾科夫模型)、VQ(矢量量化)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，考慮到數據量、實(shí)時(shí)性、識別率及控制人為多數的問(wèn)題，采用了VQ和HMM相結合的方式。
語(yǔ)音控制系統主要有預處理、特征提取、語(yǔ)音識別及控制程序組成，其原理框圖如圖1所示，圖1中碼書(shū)是輸入矢量的近似矢量的集合。

當前控制技術(shù)正從傳統控制向現場(chǎng)總線(xiàn)控制以及網(wǎng)絡(luò )控制跨越，RS 485是現場(chǎng)總線(xiàn)中使用較廣泛的一種，本文結合語(yǔ)音識別技術(shù)、嵌入式技術(shù)和現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，采用ARM(三星公司生產(chǎn)的S3C2410)作為語(yǔ)音控制器的處理器，設計了智能家居語(yǔ)音控制系統，其系統框圖如圖2所示。

2 硬件設計
硬件部分包括預處理模塊設計、振鈴檢測電路、總線(xiàn)接口設計以及電器控制電路設計。其中，預處理模塊包括功率放大電路、自增益控制電路(AGC)、低通濾波器和A／D變換電路。
預處理包括自增益控制電路、低通濾波器及A／D變換電路。自增益控制電路是為了把輸入的語(yǔ)音信號控制在一定的幅度內，低通濾波器是為了濾除高頻(大于濾波器截止頻率)噪聲。自增益控制電路采用M51304L芯片實(shí)現；低通濾波器采用4節巴特沃思型低通濾波器，其截止頻率為4．8 kHz；預加重電路采用集成運算放大器來(lái)實(shí)現。A／D變換電路采用UDA1341芯片，采樣頻率設置為8 kHz，通過(guò)S3C2410的IIS接口與處理器相連。
2．1 振鈴檢測電路設計
如圖3所示，電鈴檢測信號通過(guò)C8，D1，R3～R5和C9共同構成的整形電路整形后輸入光電耦合器TLP521，在光耦的后端轉化為T(mén)TL電平，然后送到ARM的UART1的RXD端進(jìn)行檢測。