基于单片机的室内语音识别无线求救设备

基于单片机的室内语音识别无线求救设备*

薛德宽徐胜男黄兴洲位浩杰周旷宇陈文娟①

[中国石油大学(华东)山东 青岛266580]

① *中国石油大学(华东)精品实验，编号：JS 201415

摘 要：设计了一种室内语音识别无线求救设备，其主要包括NRF24L01无线模块、LD3320语音识别模块、GSM通信模块．本设备工作时，以STM8L152单片机作为主控芯片，通过NRF24L01无线模块接收信号，由LD3320语音识别模块识别求救信号，由GSM通信模块实现 GSM短信求救功能．

关键词：语音识别无线求助单片机

作者简介：薛德宽(1994-)，男，在读本科生.

通讯作者：陈文娟(1969-)，女，硕士，高级实验师，研究方向：仪器管理与制作研究.

收稿日期：(2015-05-22)

随着我国正式进入老龄化社会，老年人群数量越来越大，且独居数目不占少数．另外还有许多人患有突发性疾病，一旦发作如果得不到及时治疗便面临生命危险．本设备基于STM8L152单片机的室内语音识别无线求助设备正是旨在解决这一问题，创新性地将智能语音识别技术与无线通信、GSM通信技术结合起来，从实际出发，在紧急情况下只需动口即可完成向指定人群的求救功能，无需寻找和使用通信装置．

1技术原理

1.1NRF24L01无线模块

NRb24L01无线模块是2.4G无线信息传输模块，其内部集成PCB天线，使用GFSK调制，工作在2 400～2 483MHz的国际通用ISM频段，共125个频点,支持2M的高速数据传输．NRF24L01集成了与RF协议相关的高速信号处理功能，包括自动重发丢失数据包和自动产生应答信号．其内置硬件CRC检错和点对多点通信地址控制，数据包传输错误计数器及载波检测功能，可进行跳频设置．NRF24L01的SPI接口可以利用单片机的硬件SPI口连接或用单片机I/O口进行模拟，内部有FIFO可以与各种高低速微处理器接口，可同时设置6路接收通道地址，可选择性地打开接收通道，便于使用低成本单片机[1]．

1.2LD3320语音识别模块

芯片内部已经内置了16位A/D转换器、16位D/A转换器和功放电路，不需要外接任何辅助的Flash芯片，RAM芯片和AD芯片，支持并行和串行接口，串行方式可以简化与其他模块的连接，麦克风可以直接与芯片管脚连接，完成语音采集和识别功能，通过ICRoute公司的优化算法，不需要用户事先训练和录音，即可完成非特定人语音识别，识别准确率95%，提供了单芯片语音识别解决方案[2～4]．

1.3GSM通信模块

1.4STM8L152单片机

STM8系列单片机是基于8位框架结构的微控制器，其CPU内核有6个内部寄存器，通过这些寄存器可高效地进行数据处理．STM8系列单片机的指令集支持80条基本语句及20种寻址模式，而且CPU的6个内部寄存器都拥有可寻址的地址．以STM8L152单片机作为主控芯片，通过SPI和I2C总线控制各项模块，以实现智能语音识别求救信号并发出特定求救短信的功能[6]．另外STM8L系列单片机具有目前世界上最好之一的保密功能，可对我们的知识产权(芯片内代码)进行有效保护，以维护项目成果在市场推广时遇到的恶性竞争．

2结构设计

本设备采用麦克风咪头收集室内语音信号，通过NRb24L01无线模块把语音信号转化为电信号，并传送到STM8L152单片机，在STM8L152单片机控制下，语音识别模块进行分析和判断，若判断是求救信号，单片机再次接收到语音识别模块的确认信号后，控制GSM通信模块将之前预设好的求救短信发送给一开始用户输入设置好的手机号码上．与此同时，液晶屏显示出求救事发时间，喇叭发出高音量报警声，并且每隔半小时提醒一次，直到利用按键确认后取消报警，流程图见图1．

图1　设备工作流程图

3电路组成

3.1无线信号传输电路

本设备采用NRF24L01芯片组成无线信号传输电路，与单片机I/O的接口电路如图2所示，CE是模式控制接口，CSN为片选(低电平有效)，SCK为SPI时钟控制线，MOSI为主出从入数据线，MISO为主入从出数据线，IRQ是中断信号[7]．

图2　 NRF24 L01无线模块

3.2语音识别电路

语音识别电路采用LD3320芯片，通过1kΩ上拉电阻与STM8L152单片机I/O连接；控制引脚RDB，wRB，CSB和复位引脚RSTB以及中断返回引脚INTB通过10kΩ上拉电阻与STM8L152单片机I/O连接，保证系统的稳定工作；发光二极管D1和D2为复位后的上电指示灯[8]；为稳定麦克风的电压，采用了RC电路，并在MBS引脚加了偏置．

图3　语音识别电路图

3.3GSM通信电路

由于铀尾矿库含铀废水对环境构成的复杂的污染问题以及Fe0-PRB在处理被污染地下水的种种优势，很多学者开始研究Fe0-PRB对于含铀废水的处理，其中的关键技术仍然是反应介质对于目标污染物的处理效果，目前大多数研究集中于以下三种介质：零价铁、纳米零价铁，由零价铁与其他材料组成的混合介质.

在发送求助短信功能上本设备选取了SIM300模块发送短信．SIM300属于工业GPRS模块，工作稳定且性能强大，能实现：短信、彩信收发；可以直接拨打电话号码且语音质量好；GPRS网络数据传输；可直接与PC机通信；可外接各种单片机控制此模块[9，10]．故本项目采用STM8L152控制SIM300模块发送求助短信．SIM300模块通过TXD，RXD，DTR，RTS，CTS和STM8L152单片机相连接，STM8L152单片机通过串口发送AT指令就可以控制SIM300模块发送短信．

图4　 GSM通信电路图

4结束语

本设备利用NRF24L01无线模块、LD3320语音识别模块、GSM通信模块实现了立即无线求救，解决了传统需寻找通讯设备进行求救的不便与繁琐．鉴于目前市场上尚无成熟产品，本设备具有创新性、全自动化以及实用性等特点，对智能语音识别技术的广泛应用具有重要的意义．

参 考 文 献

1ICRouteLD332X数据手册 2010

2苏鹏,周风余,陈磊，等.基于STM32的嵌入式语音识别模块设计.单片机与嵌入式系统应用,2011,11(2):42～45

3金鑫,田犇,阙大顺，等.基于LD3320的语音控制系统设计实现.电脑与信息技术,2011,19(6):22～25

4贾晶.基于STM32的嵌入式语音识别模块设计.数字技术与应用,2012(6):152～153

5李果.基于GSM通信的智能脱扣器系统设计.低压电器,2012(7):19～22

6陈上挺,谢文彬,游颖敏，等.基于STM8的红外与超声波测距仪设计.电子技术应用,2011,37(9):32～34

7丛林, 杨凯, 胡文东，等. 基于nRF24L01 和STM32-L152RD超低功耗无线通信系统.电视技术,2013,37(17):66～69,101

8苏鹏,周风余,陈磊,等.基于STM32的嵌入式语音识别模块设计.单片机与嵌入式系统应用,2011,11(2):42～45

9李鸿飞.基于单片机和SIM300模块短信互动的实现.科教导刊-电子版(中旬),2014(2):152～152

10舒杰,吴昌宏,张先勇，等.基于GPRS的风光互补发电无线远程监测系统.可再生能源,2010,28(1):97～100

WirelessDistressEquipmentofIndoorSpeech

RecognitionBasedonMicrocontroller

XueDekuanXushengnanHuangXingzhouWeiHaojieZhoukuangyuChenWenjuan

(ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao,Shandong266580)

Abstract:A kind of indoor speech recognition wireless distress equipment is designed, which includes NRF24L01 wireless module, LD3320 speech recognition module and GSM communication module.. This equipment uses STMicroelectronics stm8l152 microcontroller as the main control chip, through nRF24L01 wireless module receives the signal, by ld3320 voice recognition module recognizes a distress signal, by the GSM communication module to achieve GSM SMS help function.

Keywords:speechrecognition;wirelesshelp;singlechipmicrocomputer

问题·讨论