自動電梯語音控制系統(tǒng)的設(shè)計

摘 要：介紹了用新型、低成本語音識別集成電路AP7003設(shè)計的自動電梯語音控制系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：語音識別；集成電路；電梯；控制

引言

AP7003是一款新型、低成本的語音識別專用集成電路，用AP7003構(gòu)成的語音識別電路，電路結(jié)構(gòu)簡單、外圍元器件少，設(shè)計、制作、調(diào)試及操作十分容易。用AP7003設(shè)計的自動電梯語音控制系統(tǒng)，利用語音代替人工按鍵，控制電梯的自動運行，既方便了乘客，又提高了自動電梯的效率和智能化水平，進一步體現(xiàn)了自動電梯的安全性和人性化，可提高產(chǎn)品的競爭力。

AP7003簡介

內(nèi)部功能框圖

AP7003內(nèi)置有麥克風放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、語音處理器和I/O控制器等電路，其功能框圖如圖1所示。

引腳功能

AP7003包括AP7003-01（由CPU串行控制）和AP7003-02（由按鍵直接控制）兩種型號，經(jīng)預(yù)處理后可識別12組不同的字詞，每組1.5秒時長，可連詞或單詞識別，可控制不同的輸出開關(guān),完成指定的功能。AP7003具有高度的I/O可編程性，使用簡單方便，可廣泛應(yīng)用于智能玩具、識別控制、自動答錄等領(lǐng)域。AP7003-02為雙列直插40腳封裝，其引腳圖如圖2所示。

表1 AP7003-02引腳功能

操作過程和工作原理

語音識別電路的操作分為兩大部分，首先必須將標準字句錄入，第二步操作才是識別模式。

在需要做識別操作時，目標字句必須已存入內(nèi)部的12個存貯區(qū)，可以用鍵盤來選擇存貯區(qū)或用適當?shù)拿羁刂茖⒆志滗浫耄總€存貯區(qū)可以存放長達1.5秒的字句。

可用外部的麥克風或其它媒體輸入語音或字句內(nèi)容，經(jīng)過內(nèi)部麥克風放大器準確放大之后，語音信號的內(nèi)容被A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化，內(nèi)部聲效處理器將數(shù)字化后的語音或字句里的特征進行抽樣并存儲。

進入語音識別操作模式后，輸入的語音被聲音處理器特征抽樣，同存儲在內(nèi)部的目標字句的抽樣特征進行比較，必須是剛好同所選擇的識別的目標字匹配，結(jié)果才輸入信號至PA口使相應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光或進行相應(yīng)的控制。

自動電梯語音控制系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)AP7003的性能和特點，我們用其設(shè)計了一個低成本的自動電梯語音控制系統(tǒng)，與自動電梯原有的按鍵控制系統(tǒng)并用，在不影響電梯原有的功能和可靠性的基礎(chǔ)上，使電梯增加語音控制功能，以方便乘客，提高自動電梯的效率和智能化水平。

自動電梯語音控制系統(tǒng)由語音提示電路和語音控制電路兩部分組成。

語音控制系統(tǒng)的功能

自動電梯語音控制系統(tǒng)具有以下功能：

1）具有語音提示功能，當有乘客來到電梯前或進入電梯后，可用語音提示乘客發(fā)出語音命令，控制電梯的運行。

2）能準確識別“上”、“下”、“開門”、“關(guān)門”、“1樓”、“2樓”、“3樓”……等語音命令，并有相應(yīng)的控制信號輸出。

3）根據(jù)使用場合和樓層的不同，可設(shè)置不同的語音命令進行識別。

4）安全可靠，不會影響電梯原有的功能。

當乘客來到電梯前時，發(fā)出提示語音：“請問：您是上還是下？”回答：“上”或“下”，則相應(yīng)的指示燈即亮。

當乘客進入電梯中后，發(fā)出提示語音：“請問：您去幾樓？”回答：“1樓”或“2樓”等即可，相應(yīng)的指示燈也會亮起來。

在電梯中，乘客還可發(fā)出“開門”、“關(guān)門”的命令，如同按下電梯中的“開門”、“關(guān)門”按鈕一樣。

語音控制電路的結(jié)構(gòu)

語音控制電路的核心是AP7003-01或AP7003-02語音識別集成電路，外圍電路由語音輸入電路、狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制電路和輸出控制電路等組成。語音控制電路原理圖如圖4所示。

圖中，語音輸入電路由MIC、R₅、R₆、R₇、C₄和C₅等組成，狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制電路由T₁、D₁、D₂、R₁、R₂、R₃、R₄、C₁、C₂和C₃等組成，輸出控制電路由T₂～T₁₃、J₁～J₁₂和R₈～R₁₉等組成。

因AP7003只有12個輸出控制端，所以在每一個電梯間門口，需安裝一片語音控制電路，用于控制“上”和“下”兩個按鈕。在電梯內(nèi)，視樓層數(shù)的多少，需安裝一片或多片語音控制電路，用于控制“開門”、“關(guān)門”兩個按鈕和樓層按鈕。一般10層以下樓房需安裝一片，22層以下樓房需安裝兩片，34層以下樓房需安裝三片語音控制電路，......以此類推。

由于篇幅限制，語音提示電路將另文介紹。

語音控制電路的工作原理

標準語音控制命令事先可用按鍵控制由外部的麥克風錄入或用計算機控制由其它媒體輸入，存儲在內(nèi)部的存儲器中。用按鍵控制的語音錄入可用圖3所示的電路進行，用計算機控制的語音輸入電路不在本文介紹。

正常使用時，AP7003處于識別操作模式，乘客發(fā)出的語音命令由MIC轉(zhuǎn)換成模擬電信號送至AP7003內(nèi)部，經(jīng)MIC放大器放大，A/D轉(zhuǎn)換器進行數(shù)字化，輸入的語音被聲音處理器特征抽樣，同存貯在內(nèi)部的目標字句的抽樣特征進行比較，必須是剛好同所選擇的識別的目標字匹配，結(jié)果才輸出信號至相應(yīng)的PA口（POA1～POA12）。因POSL端接高電平，所以相應(yīng)的PA口輸出為高電平，晶體管T₂～T₁₃中相應(yīng)的一個導(dǎo)通，繼電器J₁～J₁₂中相應(yīng)的一個觸點閉合，電梯控制面板上相應(yīng)的指示燈亮，相當于按下了某一按鍵。此時，由于LED2端由高電平變?yōu)榈碗娖?，晶體管T₁導(dǎo)通，PORES端變?yōu)楦唠娖?，PA口復(fù)位為低電平，等待下一命令的輸入。

經(jīng)過多次試驗，語音識別電路的識別率大于80%，即使識別錯誤，也不會對電梯的安全運行有任何影響。

結(jié)語

目前高層建筑安裝自動電梯的越來越多，醫(yī)院、賓館等公共場合的自動電梯也越來越多，采用語音控制系統(tǒng)的自動電梯具有很大的市場潛力。目前國內(nèi)外未見自動電梯語音控制系統(tǒng)投入使用，用AP7003設(shè)計的自動電梯語音控制系統(tǒng)可以為電梯生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品升級換代，提高產(chǎn)品的競爭力，也可以對現(xiàn)有的正在運行的自動電梯進行改造，因而具有較大的應(yīng)用價值。