摘 要

随着科学技术的快速发展，在很多行业机械化操作已经取代了原有的人工操作。管道焊接就是其中之一。但是现有的焊接系统都是采用人工手动操作，其操作命令繁多且操作过程较为复杂，如何简化系统操作，提供一种良好简便的人机交互方式成为人们关注的问题。语音控制作为当前一种热门的交互方式，在国内外都受到了很大的关注，近些年来取得了飞速的发展。利用语音识别技术使用户可以通过语言来进行人机交互，这样大大简化了机械操作的复杂度。

本文针对当前焊接系统命令繁多，操作繁琐等问题，基于嵌入式语音识别技术，对焊接系统的人机交互方式进行优化，从而达到提高效率、简化操作的目的。本文采用LD3320专用语音识别芯片，通过非特定人语音识别技术，来实现焊接系统的语音识别模块。系统采用51单片机作为主控芯片。单片机通过串口将结果发送给上位机，上位机控制焊接系统进行相应的操作。通过测试，该系统具有识别速度快、识别准确率高等优点，能够很好地完成人机交互功能。打破了传统的人工手动操作机械的局限，解放了操作人员的双手。但是系统仍然存在抗噪声性能不足，存储指令有限等问题，需要进一步改进。

关键词：语音识别，焊接系统，单片机，LD3320

Abstract

With the rapid development of science and technology, mechanized operations in many industries have replaced the original manual operations. Pipe welding is one of them. However, the existing welding systems are manually operated manually, and the operation commands are numerous and the operation process is complicated. How to simplify the system operation and provide a good and simple human-computer interaction method has become a concern of people. As a popular interactive method, voice control has received a lot of attention at home and abroad, and has achieved rapid development in recent years. The use of speech recognition technology allows users to interact with humans through language, which greatly simplifies the complexity of mechanical operations.

In this paper, the current welding system has many commands and complicated operation. Based on the embedded speech recognition technology, the human-computer interaction mode of the welding system is optimized, so as to improve efficiency and simplify operation. In this paper, the LD3320 dedicated speech recognition chip is used to realize the speech recognition module of the welding system through non-specific human speech recognition technology. The system uses 51 single-chip microcomputer as the main control chip. The MCU sends the result to the host computer through the serial port, and the host computer controls the welding system to perform corresponding operations. Through testing, the system has the advantages of fast recognition speed and high recognition accuracy, and can complete the human-computer interaction function well. Breaking the limitations of traditional manual manual operation machinery, liberating the hands of the operator. However, the system still has problems such as insufficient anti-noise performance and limited storage instructions, which needs further improvement.

Key Words:Speech Recognition, Welding system, single-chip microcomputer, LD3320

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 语音识别的基本方法 2

1.4 嵌入式语音识别系统 3

1.5 论文结构安排 3

第2章 系统设计分析 5

2.1 系统需求分析 5

2.2 主流专用语音识别芯片比较 5

2.3 系统结构 6

2.4 系统工作原理 6

2.5 关键技术 7

2.6 本章小结 8

第3章 系统具体设计 9

3.1 系统硬件电路 9

3.2系统程序设计 10

3.2.1 语音识别初始化 11

3.2.2 寄存器读写 11

3.2.3 写入识别列表 12

3.2.4 语音识别 13

3.2.5 响应中断 14

3.3 语音识别优化 15

3.4 本章小结 17

第4章 系统测试与评价 18

4.1 系统识别准确度测试 18

4.2 系统识别速度测试 21

4.3 系统评价 22

4.4 本章小结 22

第5章 总结与展望 23

5.1 工作总结 23

5.2 进一步工作展望 23

参考文献 24

致谢 25

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

随着科技的进步以及工业化机械化的逐渐推进，机器代替人工进行工作生产已经非常普遍，现在很多的焊接工作已经由之前的人工焊接升级为机器焊接。但是焊接设备现有的人机交互依赖于手持操作终端，交互显得较为繁琐，影响用户的便捷使用，如何简化人机交互成了人们愈发关注的问题。语言交互是人与人之间相互交流的最重要的方式，也是最为轻松方便的一种方式。到了21世纪，在语音识别技术获得蓬勃发展的背景下，该技术在手机、家电等嵌入式设备中得到了广泛的应用^[1]，其大多用于语音的控制以及文本内容的输入中，语音识别与我们的生活联系愈发紧密。与此同时，通过语音输入对设备进行控制成为简化机器操作的一个有效办法，语音识别技术可以为我们提供一种脱离手柄、键盘、鼠标的基于语音的人机交互方式，这具有十分重大的意义^[2]。通过非特定人语音识别这项技术可以让语言变为人机之间沟通交互的桥梁。

焊接系统作为工程人员经常需要使用的一种机器，其操作功能繁多，需要控制焊接小车的移动和焊枪的各种动作，如果采用人工手动操作实现交互会比较繁琐，因此本课题考虑将语音交互技术应用于焊接平台，力争在较大程度上降低人机交互的复杂度，使操作人员可以仅仅通过语音来进行设备操控，这样可以进一步解放人力，减轻操作人员的负担。而且语音识别和自动化控制相结合将是未来人机交互发展的一种大趋势，语音交互方式也可以减小培训时的人力消耗，有巨大的应用价值。

1.2 国内外研究现状

在20世纪中期，人们开始研究语音识别相关技术。1952年，戴维斯和其同事研发了一种名为Audry的语音识别系统，但是该系统只能准确识别10个左右的英文数字^[3]。之后，美国林肯实验室首次使用计算机成功实现了识别英语单词和元音，标志着语音识别进入了一个新时代。在1960年后，计算机技术飞速发展，在此期间人们提出了动态规划和线性预测分析技术^[4]，对语音识别技术的发展具有重要意义。此后线性预测编码得到了继续发展，在解决语音信号的特征参数提取和参数的不等长度匹配问题上提供了巨大帮助。在这段时期人们主要研究了具有少量词汇的特定人群的词语识别。到了20世纪80年代，语音识别的研究取得了重要进步。实现了从基于模板的匹配到基于统计模型的转换^[5]。此外，人工神经网络等新技术也开始快速的发展起来，最终使人们克服了连续语音，非特定人群和大量词汇识别等重大问题^[6]。人工神经网络算法在算法和结构等方面有其独有的优势，为语音识别的快速发展做出了重大的贡献。