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智能家居语音声控系统设计内容详解

系统方案 | 2017-05-17 19:59:04

智能家居已经进入了“声控时代”，各种语音声控智能家居产品层出不穷，智能语音声控系统也使得人们的生活更加方便。本篇文章小编就为大家介绍一下智能语音声控系统的设计方案。

语音识别模块设计

语音识别模块电路参照ICRoute发布的LD3320数据手册进行设计。芯片内部集成了快速稳定的优化算法，不再需要外接Flash、RAM，大大简化了电路的设计。同时LD3320也不需要用户在使用过程中事先训练和录音来完成非特定人语音识别，识别准确率也比较高。

LD3320采用并行方式直接与STM32芯片相连，并均采用1k#电阻上拉。A0用于数据段与地址段的判断，控制信号RDB、WRB、CSB，复位信号RSTB和中断返回信号INTB直接与STM32芯片相连。LD3320与STM32芯片采用同一个外部时钟（8MHz），发光二极管D1、D2都用于复位后的上电指示，MBS引脚接一个RC电路作为MIC偏置，用于保证能输出一个浮动电压给MIC。

语音信息通过MIC输入后先进行频谱分析，提取出声音的语音特征信息;然后语音识别器将关键词语列表中的数据与采集到的语音特征信息进行对比匹配，找出其中得分最高的关键词语作为语音识别结果输出。

WSN通信电路设计

无线传感网通信协议采用820.15.4E，选用型号为CC2430的无线SOC芯片。该芯片有丰富的片上资源，其内部已经集成了必要的电路，使用时只需要采用较为简单的外围电路，即可实现数据的无线收发。

Y1为32.768kHz晶振，其与两个电容（C1、C2）组合构成32.768kHz晶振电路;Y2为32MHz的晶振，其与两个电容（C3、C4）组合构成32MHz晶振电路;电容C5和电感L1、L2、L3以及一个PCB微波传输线组合构成WSN电路的非平衡变压电路，外围电压都配置滤波电容，以保证芯片工作的稳定性。整个电路设计满足RF输入/输出匹配电阻（50Ω）的指标。另外，在电压脚和地脚都增加了滤波电容，用于为芯片稳定工作提供保障。

电源管理电路设计

由于嵌入式便携移动终端需要具备便携、无线、低功耗等特性，所以在电源管理部分就采取了大容量、高性能的锂电池供电。电源管理电路主要包括锂电池充电电路、锂电池保护电路、电压转换电路三个部分。

其中，锂电池充电电路主要采用了MAX1555芯片和相应的电阻、电容来实现。锂电池保护电路由FS8820P电池保护芯片、电阻、电容组成。

由于终端硬件电路所用芯片工作电压均为3.3V，而锂电池输入电压为0～4.2V，所以需要采用MAX8881进行电压转换。

硬件设计

整个嵌入式便携语音控制器的硬件电路主要包括MCU电路、语音识别电路、WSN电路和电源管理电路四个部分。

由于嵌入式便携语音控制终端必须具备便携、微型化、低功耗的特点，这就要求MCU芯片具有更高的集成性和低功耗性，便于进行低功耗功能设置。因此，MCU采用的芯片是基于Cortex-M3架构的STM32F103RX。

STM32F103RX芯片作为32位标准精简指令集（RISC）处理器，在通常8位和16位系统的存储空间上发挥了ARM内核的高性能;内部集成了Flash存储、SRAM、丰富的I/O接口和先进的中断响应系统等，更加适合应用在本方案中。

本方案中的语音控制芯片采用的是ICRoute的LD3320，WSN通信采用的芯片是CC2430。终端经由按键触发启动，MIC在接收到外部语音信息后，首先经过语音识别模块对信息进行解析，以获取需要的数据;然后将数据通过串口发送给MCU，MCU经过处理后解析出相应的设备动作指令;之后经串口将信息发送给CC2430，最后发给家庭网关，从而实现了对智能家居内部可控家电的无线语音控制。