基于語(yǔ)音識(shí)別的汽車(chē)空調(diào)控制系統(tǒng)

摘要：隨著人們生活水平的不斷提高，消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)性能的要求也越來(lái)越高，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)被應(yīng)用在汽車(chē)上，來(lái)滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)舒適性、安全性和娛樂(lè)性等要求。本文采用基于ARM Cortex—M3內(nèi)核32位微控制器STM32F103VET6作為系統(tǒng)控制核心，利用LD3320芯片的語(yǔ)音識(shí)別功能，構(gòu)建基于語(yǔ)音識(shí)別的汽車(chē)空調(diào)控制系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：語(yǔ)音識(shí)別；LD3320；汽車(chē)空調(diào)；STM32；控制系統(tǒng)

引言
現(xiàn)在汽車(chē)上使用的電器越來(lái)越多，駕駛員需要手動(dòng)操作的電器開(kāi)關(guān)也越來(lái)越多，不但增加了駕駛員的負(fù)擔(dān)，還影響了行車(chē)安全。本文以STM32F103VET6(以下簡(jiǎn)稱(chēng)STM32)芯片為控制核心，采用高性能LD3320語(yǔ)音識(shí)別芯片，設(shè)計(jì)基于語(yǔ)音識(shí)別的汽車(chē)空調(diào)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以用語(yǔ)音有效控制汽車(chē)空調(diào)，減輕了駕駛員的操作負(fù)擔(dān)，保證行車(chē)過(guò)程中的安全。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
運(yùn)用語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，結(jié)合各種傳感器對(duì)車(chē)身內(nèi)外的環(huán)境(如氣溫、陽(yáng)光強(qiáng)度等)以及制冷壓縮機(jī)的狀態(tài)等多種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，與設(shè)定參數(shù)相比較，微控制器經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理做出判斷，輸出相應(yīng)的調(diào)節(jié)和控制信號(hào)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整和修正，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)廂內(nèi)空氣環(huán)境全方位、多功能的調(diào)節(jié)和控制。系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括溫度風(fēng)門(mén)電機(jī)、模式風(fēng)門(mén)電機(jī)、循環(huán)風(fēng)門(mén)電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、除霜控制繼電器等。圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

1．1 主控制器
主控制器為基于ARM Cortex—M3內(nèi)核的32位微控制器STM32F103VET6，內(nèi)置64 KB RAM、512 KBFlash，以及豐富的增強(qiáng)I／O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)，主要控制傳感器模擬信號(hào)的采集、語(yǔ)音信號(hào)的收發(fā)和汽車(chē)空調(diào)控制信號(hào)的輸出。
1．2 語(yǔ)音識(shí)別模塊
語(yǔ)音識(shí)別芯片選用的是ICRoute公司的LD3320芯片。該芯片集成了語(yǔ)音識(shí)別處理器和一些外部電路，包括A／D轉(zhuǎn)化器、D／A轉(zhuǎn)換器、麥克風(fēng)接口、聲音輸出接口等。本芯片在設(shè)計(jì)上注重節(jié)能與高效，不需要外接任何的輔助芯片(如Flash、RAM等)，直接集成在現(xiàn)有的產(chǎn)品中即可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別功能。識(shí)別的關(guān)鍵詞語(yǔ)列表是可以任意動(dòng)態(tài)編輯的。

參照LD3320數(shù)據(jù)手冊(cè)，語(yǔ)音識(shí)別控制電路采用LD3320與STM32通過(guò)SPI串行方式進(jìn)行連接。語(yǔ)音識(shí)別模塊控制電路如圖2所示。首先，要將MD接高電平，芯片時(shí)鐘信號(hào)CLK連接到STM32時(shí)鐘信號(hào)輸出引腳MCO(PA8)上。引腳MBS是麥克風(fēng)偏置，接了一個(gè)RC電路，保證能輸出一個(gè)浮動(dòng)電壓給麥克風(fēng)。
1．3 SD卡存儲(chǔ)模塊
要實(shí)現(xiàn)具有人機(jī)交互功能的語(yǔ)音識(shí)別控制系統(tǒng)，需要存放大量的MP3音頻文件。本系統(tǒng)中，MP3音頻播放文件存放在SD卡上，語(yǔ)音識(shí)別關(guān)鍵詞也存放在SD卡上，這樣可以很方便地更改要識(shí)別的關(guān)鍵詞，而不需要更改程序內(nèi)容。主控STM32將MP3數(shù)據(jù)依次從SD卡讀出來(lái)，送入LD33 20芯片內(nèi)部，這樣就可以從芯片的相應(yīng)的引腳輸出聲音。SD卡硬件連接如圖3所示。SD卡與STM32通過(guò)SPI方式進(jìn)行通信。將SD卡片選信號(hào)CS、數(shù)據(jù)輸入信號(hào)DI、數(shù)據(jù)輸出信號(hào)DO、時(shí)鐘信號(hào)SCLK分別與STM32的PC11、PD2、PC8、PC12引腳連接。

1．4 傳感器模擬信號(hào)輸入模塊
傳感器模擬信號(hào)是控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)源。傳感器把非電量的物理量變成電量后并不一定適合A／D轉(zhuǎn)換器直接應(yīng)用，還必須經(jīng)過(guò)放大、濾波、隔離及保護(hù)措施，才能送給單片機(jī)。單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)這些傳感器信號(hào)來(lái)判斷系統(tǒng)的溫度、濕度等是否滿(mǎn)足用戶(hù)的要求。以車(chē)內(nèi)溫度傳感器為例分析，溫度信號(hào)采集硬件連接圖如圖4所示。本系統(tǒng)采用NTC公司的高精度車(chē)內(nèi)溫度傳感器Rntc，Rntc和電阻R0分壓后輸入到單片機(jī)。Rntc電阻值可以近似地用如下公式表達(dá)：

其中，R1為絕對(duì)溫度下T1時(shí)的電阻值，T為要檢測(cè)的溫度，Rntc為該溫度下的電阻值，B值反映了溫度變化與阻值變化的關(guān)系。單片機(jī)信號(hào)輸入端得到的電壓為：