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　　AP7003是功能比較簡單的語音識別芯片" title="識別芯片">識別芯片，其芯片電路中僅集成了MCU、A/D、D/A、ROM，并在MCU中固化語音識別程序，方便使用。基于該芯片開發(fā)了一種低成本的家電智能語音控制器，使用戶能通過語音實(shí)現(xiàn)對家用電器的控制。
1 語音識別芯片AP7003
1.1 語音識別芯片AP7003簡介
　　AP7003是一款新型、低成本語音識別專用芯片，經(jīng)預(yù)處理后可識別12組不同的字詞，每組時長1.5秒，可連詞或單詞識別。其I/O口有2個普通輸入、4個觸發(fā)輸入、12個輸出、2個LED驅(qū)動。采用2.4~2.5V的工作電壓，具備低功耗模式，指令優(yōu)化，方便用戶使用。
　　AP7003包括AP7003-1(由CPU串行控制)和AP7003-2(由按鍵直接控制)兩種型號。它具有高度的可編程性，使用簡單方便，可廣泛應(yīng)用于語音控制的家電、玩具、自動答錄等領(lǐng)域。其中用AP7003-2構(gòu)成的語音識別電路，結(jié)構(gòu)簡單、外圍元器件少，設(shè)計、制作、調(diào)試及操作十分容易。因此選用AP7003-2為家電語音控制器的核心。
1.2 AP7003的結(jié)構(gòu)
　　AP7003內(nèi)置有麥克風(fēng)放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、語音處理器和I/O控制器等電路，其功能框圖如圖1所示。AP7003-2為雙列直插40腳封裝，引腳功能見表1。

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表1 AP7003-2引腳功能

1.3 AP7003-2典型應(yīng)用電路
　　AP7003-2有兩種按鍵模式，PIM1接高電平，為12 鍵模式；PIM1接低電平，為8鍵模式。這里采用12鍵控制模式，其典型應(yīng)用電路如圖2所示。POSL接低電平，POA1～POA12輸出為低電平有效；POSL接高電平，POA1～POA12輸出為高電平有效。

　　語音識別電路的操作分為兩大部分，首先必須將標(biāo)準(zhǔn)字句錄入，其次才進(jìn)入識別操作模式。在需要做識別操作時，目標(biāo)字句必須已存入內(nèi)部的12 個存儲區(qū)，可以用鍵盤來選擇存儲區(qū)或用適當(dāng)?shù)拿羁刂茖⒆志滗浫耄總€存儲區(qū)可以存放長達(dá)1.5s的字句。
2 家電語音識別控制器的系統(tǒng)設(shè)計
　　根據(jù)AP7003-2的性能和特點(diǎn)，設(shè)計了一個低成本的家電語音識別控制器，可以實(shí)現(xiàn)電燈、電視機(jī)等電器的語音控制?？紤]到市場上購買的電器都為成品，無法進(jìn)行二次開發(fā)，很難對這些電器進(jìn)行改造，因此只能通過語音控制開關(guān)或電源插座來間接實(shí)現(xiàn)對這些電器的語音控制。該套語音控制系統(tǒng)與原來的手動開關(guān)并用，在不影響原有功能和可靠性的基礎(chǔ)上，增加語音控制功能，以方便用戶，提高生活水平。
2.1 家庭語音識別控制器的功能
　　AP7003-2具有12個輸出口，每2個輸出口控制一種電器（一個控制開，一個控制關(guān)），因此一片AP7003-2可以控制6種不同的電器。當(dāng)所需控制電器多于6種時，增加語音識別芯片數(shù)量即可。根據(jù)用戶需求和所用硬件的性能，設(shè)計的家庭語音識別控制器具有以下功能：
　　(1)語音識別控制器安裝在房屋的墻壁上，通過雙絞線與所控電器如走廊燈、客廳燈、電視等相連。對語音識別控制器發(fā)出語音指令便可以控制這些電器的動作；
　　(2)語音識別控制器可以準(zhǔn)確識別出“走廊燈開”、“走廊燈關(guān)”、“電視開”、“電視關(guān)”等語音指令，并有相應(yīng)的控制信號輸出，準(zhǔn)確地控制各種電器的開關(guān)；
　　(3)根據(jù)使用場合和所控對象的不同，可設(shè)置不同的語音命令進(jìn)行識別。
2.2 家庭語音識別控制器的結(jié)構(gòu)
　　家庭語音控制電路的核心是AP7003-2語音識別集成電路。外圍電路由語音輸入電路、狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制電路、鍵盤控制電路和輸出控制電路等組成。語音控制電路原理圖如圖3所示。

　　語音輸入電路的功能是采集說話者的聲音并濾波后送入控制芯片進(jìn)行處理。參照AP7003-2的典型應(yīng)用電路圖進(jìn)行設(shè)計，語音輸入電路由麥克風(fēng)MIC，電阻R5、R6、R7，電容C4、C5等組成。
　　狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制電路的功能是控制按鍵個數(shù)、輸出口輸出電平、輸出后是否清零以及狀態(tài)燈等，由三極管T1，發(fā)光二極管D1、D2，電阻R1、R2、R3、R4，電容C1、C2、C3等組成。
　　鍵盤控制電路的功能是用戶在訓(xùn)練語音控制器時輸入相應(yīng)的指令，各按鍵功能在后面會詳細(xì)介紹。采用薄膜小鍵盤，與端口PIT1~3和POB1~4相連，其設(shè)計參照AP7003-2的典型應(yīng)用電路。
　　輸出控制電路的功能是根據(jù)語音控制芯片的輸出信號控制電器的動作。由三極管T2～T7、繼電器J1～J6和RS觸發(fā)器RS1～RS6等組成。
2.3 語音控制電路的工作原理
　　標(biāo)準(zhǔn)語音控制命令事先可用按鍵控制，通過用戶的訓(xùn)練，由外部的麥克風(fēng)MIC錄入，存儲在內(nèi)部的存儲器中。
　　正常使用時，AP7003-2處于識別操作模式，用戶發(fā)出的語音命令由MIC轉(zhuǎn)換成模擬電信號送至AP7003-2內(nèi)部，經(jīng)MIC放大器放大及A/D轉(zhuǎn)換器后變?yōu)閿?shù)字信號。輸入的語音被聲音處理器特征抽樣，同存儲在內(nèi)部的目標(biāo)字句的抽樣特征進(jìn)行比較，必須與所選擇的識別目標(biāo)字匹配，才會將輸出信號送至相應(yīng)的PA口(POA1～POA12)，否則芯片不會有輸出。
　　因?yàn)镻OSL端接高電平，所以相應(yīng)的PA口輸出為高電平。同時，LED2端由高電平變?yōu)榈碗娖剑òl(fā)光二極管D2點(diǎn)亮指示識別成功），晶體管T1導(dǎo)通，PORES端變?yōu)楦唠娖?，PA口復(fù)位為低電平，等待下一命令的輸入。
　　由此可見，當(dāng)語音識別成功后，PA端實(shí)際輸出一個高電平脈沖。若控制“開”的端口（POA1）輸入脈沖至RS觸發(fā)器的R端，此時控制“關(guān)”的端口（POA2）仍為低電平，因此觸發(fā)器的Q端輸出高電平，晶體管T2導(dǎo)通，繼電器J1的觸點(diǎn)閉合，電燈點(diǎn)亮。若POA2輸入脈沖至RS觸發(fā)器的S端，此時POA1仍為低電平，因此觸發(fā)器的Q端輸出低電平，晶體管T2截至，繼電器J1的觸點(diǎn)斷開，電燈關(guān)閉。
3 家庭語音識別控制器操作說明
3.1 按鍵設(shè)置功能說明
　　該語音控制器采用12鍵控制模式。語音控制器上電后，POB1~POB4均被置成低電平。當(dāng)有鍵按下時，芯片按POB1→POB2→POB3→POB4的順序依次發(fā)出鍵盤掃描信號，掃描信號為16ms低脈沖加64ms間隔，且循環(huán)進(jìn)行，按鍵信號從PIT1~PIT4輸入芯片。鍵盤陣列如表2所示，各按鍵功能如表3所示。

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表2 AP7003-2鍵盤陣列

3.2 使用說明
　　(1)本家庭語音識別控制器采用5V直流電，使用前需裝入2節(jié)5#電池。經(jīng)過改造，也可采用直流變壓器供電。
　　(2)在使用語音控制器之前，用戶應(yīng)先對語音控制器進(jìn)行訓(xùn)練，輸入標(biāo)準(zhǔn)語音。另外，本語音控制器采用特定人識別方式，如果發(fā)出指令的用戶更換，需重新進(jìn)行訓(xùn)練。具體做法為；先按下C鍵，清空內(nèi)存，進(jìn)入存儲目標(biāo)詞狀態(tài)，此時LED1點(diǎn)亮。然后按下1鍵，此時LED1和POA1有效，輸入標(biāo)準(zhǔn)語音，如“走廊燈開”，存儲到第一個存儲器。依次按下其他按鍵，存入新的標(biāo)準(zhǔn)語音。
　　(3)校核訓(xùn)練情況。標(biāo)準(zhǔn)語音存儲后，系統(tǒng)進(jìn)入識別狀態(tài)，LED1亮。依次說出剛才訓(xùn)練的語句，看相應(yīng)動作能否執(zhí)行。若能執(zhí)行，則說明訓(xùn)練成功；否則說明相應(yīng)語句訓(xùn)練不成功，需重新按下對應(yīng)鍵進(jìn)入訓(xùn)練狀態(tài)，直到識別成功。
　　(4)訓(xùn)練成功后，即可進(jìn)入識別模式狀態(tài)進(jìn)行工作。當(dāng)需要進(jìn)行語音控制時，說出相應(yīng)語句，如“走廊燈開”等。若識別成功，則LED2點(diǎn)亮，執(zhí)行相應(yīng)動作，打開走廊燈。
　　(5)語音控制其對外部麥克風(fēng)（MID）的分貝值有一定的要求。使用經(jīng)驗(yàn)表明，本語音控制器選用55dB的麥克風(fēng)時效果較好。經(jīng)多次驗(yàn)證，本語音控制器具有較高的識別率，一般可達(dá)75％以上。
參考文獻(xiàn)
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