语音型三家用电器控制系统设计63000944.doc
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1、毕业论文(设计)毕业论文(设计) 论文题目:语音型家用电器控制系统设计 本科毕业论文(设计)本科毕业论文(设计) 诚信承诺书诚信承诺书 1.本人郑重承诺:所呈交的毕业论文(设计) ,题目 语音型家 用电器控制系统设计 是本人在指导教师指导下独立完成的,没有 弄虚作假,没有抄袭、剽窃别人的内容; 2.毕业论文(设计)所使用的相关资料、数据、观点等均真实可 靠,文中所有引用的他人观点、材料、数据、图表均已注释说明来源; 3. 毕业论文(设计)中无抄袭、剽窃或不正当引用他人学术观 点、思想和学术成果,伪造、篡改数据的情况; 4.本人已被告知并清楚:学院对毕业论文(设计)中的抄袭、剽 窃、弄虚作假等违
2、反学术规范的行为将严肃处理,并可能导致毕业论 文(设计)成绩不合格,无法正常毕业、取消学士学位资格或注销并 追回已发放的毕业证书、学士学位证书等严重后果; 5.若在省教育厅、学院组织的毕业论文(设计)检查、评比中, 被发现有抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学术规范的行为,本人愿意接 受学院按有关规定给予的处理,并承担相应责任。 学生(签名): 日期: 年 月 日 目目 录录 前言 2 1 整体设计方案概述 3 1.1 整体设计方案.3 1.2 硬件电路整体设计.3 2 语音控制系统的硬件设计及软件调试 4 2.1 主控模块.4 2.2 语音模块.6 2.3 电源模块.7 2.4 液晶显示模块.7 2
3、.5 继电器模块.8 2.6 调试方法.9 2.7 本章总结.9 3 系统流程图及实物演示 9 3.1 系统程序流程图.9 3.2 外观图与内部电路图10 3.3 实验操作11 总结 .14 参考文献: .14 淮南师范学院 2014 届本科毕业论文 1 语音型家用电器控制系统设计 学生:付晓蕾(指导老师:苗磊) (淮南师范学院电气信息工程学院) 摘 要: 语音型家用电器控制系统,是以 IAP15F2K61S2 为主要平台,设计的一款可以 通过按键或语音实现对家用电器控制的装置。语音控制通过语音模块 LD3320 采集语音信号,将语音信号传送给主控芯片,主控芯片作出判断后作出相应的 输出,控制
4、对应的继电器,同时主控芯片驱动液晶,通过液晶 1602 显示各端 口的输出的状态,电磁继电器的状态也可通过按键改变,电源使用输出为 220V 的开关电源,串口用引脚引出1。该作品具有成本低廉、操作方便、响应速度 快等特色,具有一定的实用价值和潜在的市场前景。 关键词: 语音识别;家电语音控制;语音确认 Voice type home appliances control system design Student: Fuxiao Lei (Guidance Teacher:Miao Lei) (College of Electrical and Information Engineering,
5、 Huainan Normal University) Abstract: Speech home appliances control system, is a IAP15F2K61S2 as the main platform, design of a can be achieved by buttons or voice for home appliances control device. Voice control by voice module LD3320 acquisition speech signal, the voice signal transmitted to the
6、 main control chip, the main control chip after the judge make corresponding output, corresponding relay control, master control chip drive LCD at the same time, through the liquid crystal display 1602 port of the output of the state, the state of the electromagnetic relay can also be through the ke
7、y change, power supply with a 220 v output switching power supply, lead to a serial port with pin 1. The works has low cost, easy operation, fast response speed and other characteristics, has certain practical value and potential market prospect. Keywords: Speech recognition; home appliance voice co
8、ntrol; speech recognition 语音型家用电器控制系统设计 2 前言 据了解,在 20 世纪 90 年代中期之后,自动控制行业逐渐成熟,作为一个庞大而 独立的行业,其发展受到了多重动力的驱动:一部分原因是市场驱动,应用市场需求 的增长,市场继续扩大,以便智能自动控制在农业、工业、军事等领域已经覆盖了几乎 所有的应用程序应用市场,除此之外还有是技术驱动,随着智能等相关技术蓬勃快速发 展,智能自动控制行业已经在高端技术行业中得到了飞速发展。 智能自动控制产品在中国和其他发展中国家,现阶段市场虽小,在试探性的初始阶 段,但增长速度相对较快,有巨大的市场发展空间。虽然现在的市场上存
9、在大量的智能 装置,但真正意义上的人机智能却为数不多,由于成本高,技术难等特点,真正走进 普通百姓生活中的智能装置也是少之又少的2。这些年来,随着市场经济发展不断的 完善,以及城市规划水平不断提高,人民生活水平也在不断的提高,家用电器也从原 来的几样简单的电风扇、电灯到现在各式各样的电气自动化装置。也正是因为现在各 种家用电器的普及,也使家庭用电线路越来越复杂,这也给美好的生活时而带来一些 不便利之处。因此,人们迫切地希望有高技术,高水平的装置来解决这些问题,语音 型家用电器控制器就应运而生了。我们都知道 , 语音在全世界、全人类、全社会中, 有着不可动摇的地位,十分重要。在近代和现代信息社会
10、中 , 在日常生活的各个方面 和国家地区,甚至社会舆论,世界新闻报以及各种重要会议,都依赖于语言、文本信 息、近年来 ,家庭中已经普及了电话 、移动电话和互联网。在各种高端技术产品中, 语音编码和智能语音合成、语音信号处理控制,充分发挥巨大的作用。另外 ,我们预想 的口呼打字机、 语音翻译机,已经不是梦想而是正在进行中的研究工作了。人类早就 发明机器能被语音指挥和控制,机器的执行情况也能用语音来操控3。 这些情况在许 多领域已经部分地逐步实现了。 据调查了解,计算机芯片的运算能力以及集成度 ,每 一年多就提高一倍 , 并且它的成本又在不断降低 ,正因为这样 ,在人们的社会生产和 生活的各个方面
11、,它已经得到了广泛地应用。然而,相比于主机,它接收信息的外部设 备。既能说话又能听懂人类语言的计算机暂时还不能普遍使用。换句话说,语音识别、 语音合成技术和其他议题,如问题的理论问题没有解决,需要更多的努力来继续发展。 LD3320 芯片是一个“语音识别”高端 ASIC 技术。该芯片由语音识别处理器和一些外部 电路集成,其中就包括语音插孔、音频输出接口、ADDA 转换器7。该芯片不需要任何 其他外部辅助芯片(例如:闪存)等,是直接集成在可实施的语音识别/声音/交互功 淮南师范学院 2014 届本科毕业论文 3 能的现有产品。 1 整体设计方案概述 1.1 整体设计方案 针对作品的要求,我们选用
12、 IAP15F2K61S2 为主控芯片,通过语音模块 LD3320 采集 语音信号,主控芯片的信号是由语音系统传送过来的,主控芯片作出判断后作出相应 的输出,控制对应的继电器,同时主控芯片驱动液晶,通过液晶 1602 显示各端口的输 出的状态,电磁继电器的状态也可通过按键改变,电源使用输出为 220V 的开关电源, 串口用引脚引出,可自行改变指令,方便日常的。工作流程如图 1 所示。 图 1 工作流程图 1.2 硬件电路整体设计 电路板的设计采用最大化集成的方式,控制系统的体积可以很大程度上被减少, 节省室内空间。同时也减少了语音控制在调试过程中各个电路之间连线的繁琐。这样 做也能最大化的减少
13、整体系统在导线上的功耗4。为系统提供了稳定性的保障。 模块化的设计和电路板的最大集成方式,能够在某块电路板上出现问题时快速而 及时的维修或替代,在最大程度上让语音控制系统适应不同环境的操作19。 本设计中把硬件的电路各功能模块进行独立设计电路板,如语音芯片 LD3320A、LCD1602、继电器、电源管理电路等,这是为了便于调试、安装,与此同时, 单独做板还可以便于电路板的更换。 整体硬件电路图,如图 2 所示。 语音型家用电器控制系统设计 4 图 2 整体硬件电路图 该作品中主要由主控芯片 IAP15F2K61S2;语音芯片 LD3320A;LCD1602;继电器组 成,其中主控芯片 IAP
14、15F2K61S2 负责判断是否收到信号,并作出相应的响应;语音芯 片 LD3320A 负责接收语音信号;LCD1602 显示器负责显示对应输出的状态5;我们用 三个继电器分别代表电灯、水壶和电风扇,同时用红、黄、绿三种颜色的 LED 小灯的亮 否分别对应三种继电器的闭合与断开,例如当输入语音信号“开灯”时,对应电灯的 继电器闭合,同时代表电灯的红色小灯会亮。 2 语音控制系统的硬件设计及软件调试 2.1 主控模块 该作品的核心处理器是使用 IAP15F2K61S2 单片机,IAP15F2K61S2 单片机一个芯片 是一款单片机,它不需要任何外部晶振,不需要外部复位,低功耗、市场价格低,可 在
15、线编程,无需其他仿真器。外围电路简单方便的功能得到大家一致好评。 IAP15F2K61S2 单片机如图 3 所示。 STC15 单片机的功能模块 (1)40 针脚 STC15 系列单片机控制器芯片插座。 (2)与 8 个 8 位 8 段常见的阳极 LED 显示模块输出和 LCD1602 接口。 (3)电源 USB 和外接 8 - 12V 直流电源的双电源供电18。 淮南师范学院 2014 届本科毕业论文 5 (4)USB 板载功能串行通信功能,能够完成与 PC 单片机的串行通信。单总线扩展, 可以添加其他的单总线接口设备。 I2C 总线, I2C 总线可以做实验。 (5)下载板载 USB ,串
16、口下载,无需额外的编程;可以支持串口下载。 图 3 IAP15F2K61S2 单片机 STC15 IAP15F2K61S2 系列芯片功能特色 (1)STC15 IAP15F2K61S2 系列芯片在系统和应用程序中可以进行编程,不需要一 个程序员,不需要模拟器6。具有很好的操作性,它可以被用来当模拟器。 (2)增强型 8051 CPU ,单时钟周期/机器,1 个 T,功能强大,比普通 8051 快 8 12 倍。 (3)61 千字节的片上闪存程序存储器芯片,擦拭次数超过 100000 次。 (4)在芯片 EEPROM 中的大容量块,擦拭人数超过 100000 次。 (5)8 通道 10 高速 A
17、DC 的输出,可以实现每秒 300000 次的速度,三路 PWM 也可以 作为一个 3 通道 D/A 转换器17。 (6)配备了高精度的时钟芯片,从 5 MHz 到 35MHz 是可选的,8051 的 60 MHz 相当 于 420 MHz。 (7)有两组可用于同一时间的高速异步串行通讯口 ,可在 5 组引脚和分时复用 之间切换时 5 设置一个串行端口都可以使用。 (8)各种接口扩展完成。 (9)一种高品质的 USB 线实现供电系统,程序下载,通讯功能。 语音型家用电器控制系统设计 6 2.2 语音模块 LD3320 芯片是一个“语音识别”高端 ASIC 技术。该芯片由语音识别处理器和一些 外
18、部电路集成,其中就包括语音插孔、音频输出接口、ADDA 转换器7。该芯片不需要 任何其他外部辅助芯片(例如:闪存)等,是直接集成在可实施的语音识别/声音/交 互功能的现有产品。 这种芯片可以通过合成技术直接集成在现有的产品上,就以实现语音识别/音响控 制,人机对话功能,而不需要外部的任何其他辅助芯片。芯片引脚如图 4 所示,语音 模块电路如图 5 所示。 图 4 LD3320 芯片引脚 图 5 LD3320A 语音模块电路 淮南师范学院 2014 届本科毕业论文 7 2.3 电源模块 电源使用输出为 5V 的小功率开关电源,相对于其他线性电源,开关电源没有采用 笨重的工频变压器16。由于调整管
19、 V 上的耗散功率大幅度降低后,又省去了较大的散 热片。由于这两方面原因,使开关电源的体积小,重量轻, 该装置的设计采用 USB 接 口供电,并设置 5V 为供电电压8。 本设计中电源模块的工作原理是将 220V 交流电整成 300V 左右直流电 (220*1.414) ,前级 LC 对电流滤波,得到相对稳定的高电压直流电,通过稳压管、电 容、电阻和三极管组成的自激振荡产生 PWM 驱动信号,由对 PWM 波的占空比的调节可达 到对直流电压的调节得原理,通过高频变压器隔离输出,再在后级通过肖特基二极管 整流和滤波得到比较稳定的直流电,为负载供电9。其电路原理如图 6 所示。 图 6 供电电路
20、2.4 液晶显示模块 本装置使用 LCD1602 为显示模块,LCD1602 的工作电压为 3.3V 或 5V,非常稳定, 背光的对比度可调,包括复位电路,提供了各种控制命令。 字符点阵液晶模块 1602 功能引脚加上数据引脚一共有 11 个15。因此,要占用两 个 I/O 端口。液晶模块的功能引脚使用 DC3 插座通过 FC3 排线与 ATmega16 单片机的一 个 I/O 端口连接,液晶模块的 8 位数据引脚也使用 DC3 插座通过 FC3 排线与 ATmega16 单片机的另一个 I/O 端口连接10。具体的引脚定义如图 7 所示。 语音型家用电器控制系统设计 8 图 7 LCD160
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