自動(dòng)電梯語(yǔ)音控制系統的設計

摘 要：介紹了用新型、低成本語(yǔ)音識別集成電路AP7003設計的自動(dòng)電梯語(yǔ)音控制系統。
關(guān)鍵詞：語(yǔ)音識別；集成電路；電梯；控制

引言

AP7003是一款新型、低成本的語(yǔ)音識別專(zhuān)用集成電路，用AP7003構成的語(yǔ)音識別電路，電路結構簡(jiǎn)單、外圍元器件少，設計、制作、調試及操作十分容易。用AP7003設計的自動(dòng)電梯語(yǔ)音控制系統，利用語(yǔ)音代替人工按鍵，控制電梯的自動(dòng)運行，既方便了乘客，又提高了自動(dòng)電梯的效率和智能化水平，進(jìn)一步體現了自動(dòng)電梯的安全性和人性化，可提高產(chǎn)品的競爭力。

AP7003簡(jiǎn)介

內部功能框圖

AP7003內置有麥克風(fēng)放大器、A/D轉換器、語(yǔ)音處理器和I/O控制器等電路，其功能框圖如圖1所示。

引腳功能

AP7003包括AP7003-01（由CPU串行控制）和AP7003-02（由按鍵直接控制）兩種型號，經(jīng)預處理后可識別12組不同的字詞，每組1.5秒時(shí)長(cháng)，可連詞或單詞識別，可控制不同的輸出開(kāi)關(guān),完成指定的功能。AP7003具有高度的I/O可編程性，使用簡(jiǎn)單方便，可廣泛應用于智能玩具、識別控制、自動(dòng)答錄等領(lǐng)域。AP7003-02為雙列直插40腳封裝，其引腳圖如圖2所示。

表1 AP7003-02引腳功能

操作過(guò)程和工作原理

語(yǔ)音識別電路的操作分為兩大部分，首先必須將標準字句錄入，第二步操作才是識別模式。

在需要做識別操作時(shí)，目標字句必須已存入內部的12個(gè)存貯區，可以用鍵盤(pán)來(lái)選擇存貯區或用適當的命令控制將字句錄入，每個(gè)存貯區可以存放長(cháng)達1.5秒的字句。

可用外部的麥克風(fēng)或其它媒體輸入語(yǔ)音或字句內容，經(jīng)過(guò)內部麥克風(fēng)放大器準確放大之后，語(yǔ)音信號的內容被A/D轉換器數字化，內部聲效處理器將數字化后的語(yǔ)音或字句里的特征進(jìn)行抽樣并存儲。

進(jìn)入語(yǔ)音識別操作模式后，輸入的語(yǔ)音被聲音處理器特征抽樣，同存儲在內部的目標字句的抽樣特征進(jìn)行比較，必須是剛好同所選擇的識別的目標字匹配，結果才輸入信號至PA口使相應的發(fā)光二極管發(fā)光或進(jìn)行相應的控制。

自動(dòng)電梯語(yǔ)音控制系統設計

根據AP7003的性能和特點(diǎn)，我們用其設計了一個(gè)低成本的自動(dòng)電梯語(yǔ)音控制系統，與自動(dòng)電梯原有的按鍵控制系統并用，在不影響電梯原有的功能和可靠性的基礎上，使電梯增加語(yǔ)音控制功能，以方便乘客，提高自動(dòng)電梯的效率和智能化水平。

自動(dòng)電梯語(yǔ)音控制系統由語(yǔ)音提示電路和語(yǔ)音控制電路兩部分組成。

語(yǔ)音控制系統的功能

自動(dòng)電梯語(yǔ)音控制系統具有以下功能：

1）具有語(yǔ)音提示功能，當有乘客來(lái)到電梯前或進(jìn)入電梯后，可用語(yǔ)音提示乘客發(fā)出語(yǔ)音命令，控制電梯的運行。

2）能準確識別“上”、“下”、“開(kāi)門(mén)”、“關(guān)門(mén)”、“1樓”、“2樓”、“3樓”……等語(yǔ)音命令，并有相應的控制信號輸出。

3）根據使用場(chǎng)合和樓層的不同，可設置不同的語(yǔ)音命令進(jìn)行識別。

4）安全可靠，不會(huì )影響電梯原有的功能。

當乘客來(lái)到電梯前時(shí)，發(fā)出提示語(yǔ)音：“請問(wèn)：您是上還是下？”回答：“上”或“下”，則相應的指示燈即亮。

當乘客進(jìn)入電梯中后，發(fā)出提示語(yǔ)音：“請問(wèn)：您去幾樓？”回答：“1樓”或“2樓”等即可，相應的指示燈也會(huì )亮起來(lái)。

在電梯中，乘客還可發(fā)出“開(kāi)門(mén)”、“關(guān)門(mén)”的命令，如同按下電梯中的“開(kāi)門(mén)”、“關(guān)門(mén)”按鈕一樣。

語(yǔ)音控制電路的結構

語(yǔ)音控制電路的核心是AP7003-01或AP7003-02語(yǔ)音識別集成電路，外圍電路由語(yǔ)音輸入電路、狀態(tài)轉換控制電路和輸出控制電路等組成。語(yǔ)音控制電路原理圖如圖4所示。

圖中，語(yǔ)音輸入電路由MIC、R₅、R₆、R₇、C₄和C₅等組成，狀態(tài)轉換控制電路由T₁、D₁、D₂、R₁、R₂、R₃、R₄、C₁、C₂和C₃等組成，輸出控制電路由T₂～T₁₃、J₁～J₁₂和R₈～R₁₉等組成。

因AP7003只有12個(gè)輸出控制端，所以在每一個(gè)電梯間門(mén)口，需安裝一片語(yǔ)音控制電路，用于控制“上”和“下”兩個(gè)按鈕。在電梯內，視樓層數的多少，需安裝一片或多片語(yǔ)音控制電路，用于控制“開(kāi)門(mén)”、“關(guān)門(mén)”兩個(gè)按鈕和樓層按鈕。一般10層以下樓房需安裝一片，22層以下樓房需安裝兩片，34層以下樓房需安裝三片語(yǔ)音控制電路，......以此類(lèi)推。

由于篇幅限制，語(yǔ)音提示電路將另文介紹。

語(yǔ)音控制電路的工作原理

標準語(yǔ)音控制命令事先可用按鍵控制由外部的麥克風(fēng)錄入或用計算機控制由其它媒體輸入，存儲在內部的存儲器中。用按鍵控制的語(yǔ)音錄入可用圖3所示的電路進(jìn)行，用計算機控制的語(yǔ)音輸入電路不在本文介紹。

正常使用時(shí)，AP7003處于識別操作模式，乘客發(fā)出的語(yǔ)音命令由MIC轉換成模擬電信號送至AP7003內部，經(jīng)MIC放大器放大，A/D轉換器進(jìn)行數字化，輸入的語(yǔ)音被聲音處理器特征抽樣，同存貯在內部的目標字句的抽樣特征進(jìn)行比較，必須是剛好同所選擇的識別的目標字匹配，結果才輸出信號至相應的PA口（POA1～POA12）。因POSL端接高電平，所以相應的PA口輸出為高電平，晶體管T₂～T₁₃中相應的一個(gè)導通，繼電器J₁～J₁₂中相應的一個(gè)觸點(diǎn)閉合，電梯控制面板上相應的指示燈亮，相當于按下了某一按鍵。此時(shí)，由于LED2端由高電平變?yōu)榈碗娖?，晶體管T₁導通，PORES端變?yōu)楦唠娖?，PA口復位為低電平，等待下一命令的輸入。

經(jīng)過(guò)多次試驗，語(yǔ)音識別電路的識別率大于80%，即使識別錯誤，也不會(huì )對電梯的安全運行有任何影響。

結語(yǔ)

目前高層建筑安裝自動(dòng)電梯的越來(lái)越多，醫院、賓館等公共場(chǎng)合的自動(dòng)電梯也越來(lái)越多，采用語(yǔ)音控制系統的自動(dòng)電梯具有很大的市場(chǎng)潛力。目前國內外未見(jiàn)自動(dòng)電梯語(yǔ)音控制系統投入使用，用AP7003設計的自動(dòng)電梯語(yǔ)音控制系統可以為電梯生產(chǎn)廠(chǎng)家的產(chǎn)品升級換代，提高產(chǎn)品的競爭力，也可以對現有的正在運行的自動(dòng)電梯進(jìn)行改造，因而具有較大的應用價(jià)值。