摘 要

语音识别技术是一种利用集成电路和算法将语音转换成相应命令的技术。随着语音信号处理算法的不断优化和硬件设备的不断改进，语音识别技术得到大范围的应用。智能声控系统本质上是一个电子开关，取代了传统的手动开关的控制。此次设计的智能声控绘图仪系统主控微处理器为单片机STM32F103RCT6，单片机读取LD3320的识别结果，并利用A4988驱动电机执行识别到的结果，驱动步进电机规律性转动。语音信号通过LD3320上的麦克风进入芯片内部的滤波器，然后通过滤波器滤除环境噪音等干扰成分，然后利用模数转换，自动增益控制将模拟信号转化为单片机可读的数字信号。然后对转化为数字信号的语音信号进行特征提取，并与添加的关键词进行对比匹配，将匹配度最高的关键词作为识别结果存储到LD3320的寄存器中。单片机读取到识别结果以后，输出信号通过电机驱动芯片A4988控制步进电机，通过步进电机的前后移动来控制笔的移动。通过SG90舵机的旋转角度来控制笔的起落。

关键词：LD3320语音识别模块 STM32F103RCT6单片机 步进电机

Abstract

Speech recognition technology is a technology that converts speech signals into corresponding commands through integrated circuits and algorithms. With the continuous optimization of speech recognition algorithms and the continuous development of digital signal processing hardware, the application of speech recognition technology has received more and more attention. The intelligent voice control system is essentially an electronic switch that replaces the control of traditional manual switches. The main control microprocessor of this system is the single-chip microcomputer STM32F103RCT6, the single-chip computer processes the information recognized by the LD3320 speech recognition module, and drives the stepping motor to execute the recognized command through A4988. The speech signal is collected by the microphone of the LD3320 speech recognition module, analyzed and processed by the LD3320 voice chip, the keywords in the keyword list are compared, the last matching keyword is detected, and stored as a recognition result in the register of the LD3320. The MCU reads the recognition result, and the output signal controls the stepping motor through the motor driving chip A4988, and controls the movement of the pen by moving the stepping motor forward and backward. The lifting and lowering of the pen is controlled by the rotation angle of the SG90 steering gear.

Key words: STM32F103RCT6 single chip microcomputer LD3320 speech recognition chip stepping motor

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 目的及意义 1

1.3 国内外发展现状 1

第2章 总体方案设计 3

第3章 系统硬件设计 4

3.1 主控芯片 4

3.2 语音识别模块 6

3.2.1 功能介绍 6

3.2.2 电路说明 7

3.3 电机驱动模块 8

3.4 SG90舵机 10

3.5 传动机构 11

第4章 系统软件设计 12

4.1 语音识别 13

4.1.1 语音识别工作方式 13

4.1.2 语音识别流程 15

4.2 电机驱动 19

4.2.1 PWM调制 19

4.2.2 插补算法 20

第5章 实物调试与演示 36

5.1 实物调试 36

5.2 实物演示 36

总结 40

参考文献 41

致谢 42

附录A 元器件清单 43

附录B 原理图 44

附录C 源程序 45

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

让机器理解领会人类语言的含义并执行相应命令以实现人与机器之间的通信是人类一直以来的梦想。 随着科学技术的迅速发展，语音识别技术的研究也取得了明显的成果，人们的生活也变得越来越智能化，这使得人机交流进入实用阶段。

语音识别技术随着时代的发展不断精进，现如今，对于中、小词汇量识别准确度已达到98%。但就未来发展来看，仍然存在一些不足。硬件技术的不断进步，也要求着特征提取等核心算法的不断优化。就耐用性方面而言，环境中的一些杂音，噪音对语音信号的处理带来了阻碍，使得语音识别准确率下降，同时带宽问题也降低了信号的有效传送率，这些都是目前需要解决的问题。

1.2 目的及意义

基于单片机的智能声控识别系统设计，主要是将语言识别与两自由度绘图仪相结合，制作一款由语音输入指令控制绘图轨迹的简易绘图仪。绘图仪作为一种输出图形的硬拷贝设备与智能语音识别相结合，在语音输入指令的控制下绘制出复杂、精确的图形使得绘图仪更加的智能化，便捷化。

1.3 国内外发展现状

国外研究语音信号处理技术的开端有迹可循是在1876年。1930年，H.Dudley成功研制出了声码器，可以采用传输并合成的方法从语音信号中提取其特征参量，这种创意设计方法具有划时代的意义。语音识别技术开始萌芽，涌现了大量进行该领域研究的实验室和科学家。自20世纪60年代以来，语音识别技术的优化进入发展阶段并取得了许多令人惊叹的成就。1960年，数字计算机开始与语音识别技术相结合，开始摒弃处理语音信号的模拟电路，改为采用数字信号处理。随着时代的进步，语音识别技术开始与人工智能相结合。20世纪80年代是语音识别研究取得了重大突破的一个时期。隐马尔科夫模型出现且迅速成为语音处理研究的热点之一，并逐渐应用于语音识别处理的各个领域中。从20世纪80年代开始，对HMM的深入研究和普遍应用使得智能声控识别产品应运而生。在20世纪90年代初，大词汇量语音识别系统被成功研制，其语音识别的准确率可以达到80％，可识别词汇近几万个。同时，汉语听写机的出现将语音识别技术与汉字输入相结合并应用到了实际生活中，是语音识别的一大进步。

对于语音识别技术的研究，中国开始没有外国那么早，在1980年之前，几乎还没有进行语音识别研究的实验室，除了中国科学院声学所和清华大学计算机系。在汉语听写机方面，由于汉语具有比较规则的结构，发音相对简单、单一，变音相对轻微，音节种类不多，易于通过音节来识别和区分语音，因此很短时间内达到了可以与国际先进研究水平相比的地步。20世纪80年代末，四大技术开发中心致力于语音识别研究，并取得初步成果，他们推出了汉语输入的实用产品。而后，他们与哈尔滨工业大学合作。在1991年，他们联合研发了新型汉语听写机，这款听写机可以理解并处理语音信号。在与语音汉语识别方面，1984年，出现了可以识别近千个词语的汉语语音识别系统。1986年，可识别3000个词语的汉语语音识别系统被研制出来。1987年，成功研制出可以识别几百个汉语成语的通用实时语音识别系统——RTSRS。20世纪90年代开始了连续的语音识别和理解的研究工作。非特定人语音识别在中、小词汇量方面已趋于成熟，正在向大字表语音识别系统迈进。1992年，连续英汉语翻译系统出现，识别率可高达97％。对于汉语语音合成技术的研究也是不断深入并取得了可喜的成果。