Design of Intelligent lock Control System by Voice Identification
摘要：该智能门卫系统采用语音识别技术，在陵阳单片机SPCE061A上实现。硬件部分主要由SPCE061A单片机、电源与门控电路、外扩存储器SPR4096、音频输入与输出电路等组成。主要技术是该单片机在语音识别中的应用和对门控电路的设计。该系统软件部分由语音训练模块、语音识别模块、语音数据处理模块、语音播报模块和密码输入与确认模块组成，通过对系统的初始化和识别训练实现了语音数据的采集、特征提取、特定语音识别和语音播放等功能。根据语音识别算法原理，对语音信号的预处理、特征提取、模式匹配做了分析。该系统实验结果表明，系统性能稳定，识别效果好，可用于家庭或小型办公场所的门锁控制。
关键词: 语音识别、门控系统、线性预测、特征提取、模式匹配

Abstract：The intelligent guard system adopts the technology of the voice identification which based on the SPCE061A single chip. The system hardware is made up of SPCE061A single chip, the power and gating circuit, the extended memorizer SPR4096, the voice input and output circuit. The key technologies are the application of the SPCE061A single chip on voice recognition and the design of the door control circuit. The system software is made up of the voice training module, the voice identification module, the voice data processing module, the voice playing module and the code of input and output module. The system completes the functions of collecting the voice data, distilling character, special voice identification and voice playing in terms of initializing the system and the identification training. According to the voice identification arithmetic theory, the pretreatment of voice signal, the character distilling and pattern matching is analyzed. The results of the experiments indicate that the system capability is steady and the identification is effective. The system can be applied in house or small office safety protection.
Key Words：Voice identification, lock control, linear prediction, character distil, pattern match

引言
当前智能型门卫系统中利用的识别技术有很多种，其中基于特定人的身份识别的技术也有很多，但相对于其他技术，语音识别技术是目前公认的比较方便与安全的识别技术之一，该技术是利用人体生物特征进行身份认证的一种技术。由于每个人的生物特征与其他人相比具有不同的唯一性和在一定时期内不变的稳定性，因此不易伪造和假冒，所以利用语音识别技术进行身份认证，安全、准确、可靠。
1 语音识别的分类
由于语音识别的目的和作用不同，识别又分为说话人识别和语音识别。
其中说话人识别，可分为与文本有关和与文本无关两类。与文本有关的语音识别系统要求用户按照规定的内容发音，每个人的语音模型逐个被精确地建立，而识别时也必须按规定的内容发音，因此可以达到较好的识别效果；而与文本无关的识别系统则不规定说话人的发音内容，模型建立相对困难，但用户使用方便，应用范围较宽。从用途上看，可分为说话人识别和说话人确认。前者判定某一待识别的声音是多个话者中的一个，是多选一的问题，属于闭集识别范围。后者判定一个待识别的声音“是或不是”某一特定说话者的语音，其输出只有两种结果，为肯定或否定的问题[1]。
该系统的核心处理器是陵阳16位单片机SPCE061A，并在其上实现与文本有关的说话人的确认，然后执行相应的命令与操作。该系统主要由说话人识别模块、门锁控制电机以及门锁等部分组成。在训练时，说话人的声音通过麦克风进入说话人语音信号采集前端电路，由语音信号处理电路对采集的语音信号进行特征化和语音处理，提取说话人的个性特征参数并进行存储，形成说话人特征参数数据库。在识别时，将待识别语音与说话人特征参数数据库进行匹配，通过输出电路控制门控电机，最终实现对门锁的控制[2]。
本系统的硬件部分由单片机SPCE061A、音频输出电路、音频输入电路、语音识别电路、门锁控制电路、FLASH电路和按键电路等部分组成。系统框图如图1所示。硬件系统主要完成的任务是将语音信号数字化，实现语音数据的采集、上传、保存、识别及播放[3]。
 
图1 系统硬件框图
2 硬件系统设计
2.1 CPU核心电路
SPCE061A 高性能 16 位单片机的工作电压范围为 2.6～5.5V，系统工作频率为 0.375～49.152MHz。在片内集成有 32 位可编程的多功能 I/O 端口、两个 16 位定时器/计数器、7 通道10位电压模-数转换器(ADC)、自动增益控制功能的麦克风输入方式、双通道10位DAC方式的音频输出功能及看门狗定时器。中断控制器可处理3种 FIQ中断和 11种IRQ 中断，以及一个由指令BREAK控制的软中断。提供丰富的C函数库和语音处理函数库，因此非常适合数字声音和语音识别产品的开发。使得设计电路简单化，大大降低了硬件成本。
2.2 语音识别电路
语音识别电路的工作原理是智能系统在提取语音后，对语音信号进行分析，首先是噪音的滤除和预加重，然后语音信号经过滤波器组进行信号的选择，提取有用信号，通过PARCOR系数、线性预测系数、过零次数和能量性关函数等的计算匹配对信号进行处理选择。语音信号在进行分析处理后与语音库（即字典）里的语音量进行模式匹配，最后根据匹配的结果输出语音识别结果。语音识别电路的基本结构如图2所示。
 
图2 语音识别电路框图

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