【正文】 微波爐語(yǔ)音控制系統(tǒng)畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）題 目： 微波爐語(yǔ)音控制系統(tǒng) （Title）： Voice control system for microwave oven 系 別： 電氣工程系 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息工程 姓 名： 郭壯舉 學(xué) 號(hào)： 2009020143111 指導(dǎo)教師： 鐘立華 日 期： 2013年5月 微波爐語(yǔ)音控制系統(tǒng)摘要本系統(tǒng)是由單片機(jī)、語(yǔ)音識(shí)別模塊、鍵盤(pán)、顯示等的組成部分，用來(lái)模擬微波爐控制電路及其功能實(shí)現(xiàn)。主控部分是由單片機(jī)和語(yǔ)音模塊部分構(gòu)成，顯示部分是由LCD顯示模塊和LED工作模擬部分構(gòu)成。 微波爐控制器系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為核心，由液晶顯示模塊、 語(yǔ)音識(shí)別電路模塊、鍵盤(pán)模塊、掉電存儲(chǔ)模塊、電源模塊等功能模塊組成。本系統(tǒng)對(duì)語(yǔ)音功能和定時(shí)功能進(jìn)行了重點(diǎn)設(shè)計(jì)。此外，還設(shè)置了微波火力八級(jí)檔位設(shè)定、烹調(diào)模式、語(yǔ)音識(shí)別、烹調(diào)預(yù)約時(shí)間設(shè)置，對(duì)微波爐的基本功能進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)把語(yǔ)音識(shí)別模塊內(nèi)嵌到微波爐中，設(shè)計(jì)出一種語(yǔ)音識(shí)別控制微波爐。用戶(hù)只需用簡(jiǎn)單、 人性化的語(yǔ)音指令告訴微波爐——它要執(zhí)行的任務(wù)之后它就愉快地幫主人完成系統(tǒng)操作。關(guān)鍵詞: AT89C52單片機(jī)；語(yǔ)音控制系統(tǒng)Voice control system for microwave oven SummaryThe system is posed of microputer, a speech recognition module, keyboard, display, used to simulate microwave oven control circuit and its realization. The main control part is posed of singlechip puter and voice module, display part is posed of a LCD display module and LED analog parts.Microwave oven controller system based on AT89S52 microcontroller as the core, by the liquid crystal display module, voice recognition circuit module, keyboard module, powerdown memory module, power supply module. The system is focused on the design of function sets the basic and timing functions. In addition, extend the microwave power level eight gear set, cooking mode, speech recognition, cooking appointment time setting, the basic function of the microwave oven is designed and implemented. The speech recognition module is embedded into the microwave oven, design a speech recognition control of microwave oven. After the user only need a simple, userfriendly voice instructions that tell the microwave oven which task to perform it happy to help the master to plete the system operation.Keyword: AT89S52 microcontroller；Voice control system目錄1 緒論 11．1設(shè)計(jì)的背景 21．2設(shè)計(jì)的意義 22 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 32．1設(shè)計(jì)路線(xiàn) 32．2設(shè)計(jì)方案 32．3實(shí)現(xiàn)功能 43總體方案論證與比較 53．1芯片選擇 53．2語(yǔ)音識(shí)別模塊選擇 63．3顯示模塊方案選擇 113．4鍵盤(pán)模塊選擇 133．5語(yǔ)音電路方案選擇 143．6電源方案選擇 163．7定時(shí)方案選擇 173．8掉電存儲(chǔ)模塊選擇 183．9火力輸出方案選擇 184 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及操作說(shuō)明 214．1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 214．2硬件電路設(shè)計(jì) 235 總結(jié) 31參考文獻(xiàn) 36致謝 38附錄A 40附錄B 41附錄C 42附錄D 43語(yǔ)音控制微波爐系統(tǒng)一、 緒論隨著人們生活水平的不斷提高,現(xiàn)代化的廚房電器已成為人們?nèi)粘２豢扇鄙俚募矣秒娖?。不斷更新的現(xiàn)代化家用廚房電器，極大地方便和豐富了們的家庭生活。如微波爐已經(jīng)成為現(xiàn)代城市生活中人們不可缺少的烹飪工具，現(xiàn)在的微波爐已經(jīng)可以做到煎、煮、烤、烘、燜、燉、蒸、燴等多種烹飪方式，做出各種營(yíng)養(yǎng)美味的食物。與其他烹飪工具相比，微波爐具有熱效率高、耗電量少、烹調(diào)速度快等優(yōu)點(diǎn)。合乎經(jīng)濟(jì)原則，也比傳統(tǒng)烹飪節(jié)省時(shí)間。由于獨(dú)特的加熱原理，它可以有效保持食物原有的色、香、味與營(yíng)養(yǎng)成份，還可以迅速解凍食物，保持食物的水分與鮮嫩。而且微波爐使用中絕少產(chǎn)生油煙與熾熱空氣，使廚房保持清潔。微波爐有如此強(qiáng)大的功能與新技術(shù)的不斷應(yīng)用是分不開(kāi)的。例如，微波爐的智能化、多功能化、節(jié)能化、健康化、操作簡(jiǎn)便化的發(fā)展，使得微波爐的發(fā)展前景越來(lái)越好，越來(lái)越受到人們的歡迎。微波爐，顧名思義是用微波來(lái)加熱，用的頻率是24. 5億赫左右的超短波，它由磁控管產(chǎn)生，經(jīng)微波爐金屬器壁反射再反射后，被爐中的食物吸收。食物能吸收微波是因?yàn)槭澄镏泻兴諿1]。水分子為極性分子，一端為正極，一端為負(fù)極，而微波是電磁波，有正半周與負(fù)半周。24. 5億赫即表示該微波在一秒鐘內(nèi)變換正負(fù)極達(dá)24. 5億次，每換一次，水分子即跟隨反轉(zhuǎn)一次；由于水分子一直振動(dòng)反射，也就摩擦生熱，熱被食物分子吸收，食物就會(huì)變熱、變熟[2]。微波爐控制器系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)為核心，由液晶顯示模塊、語(yǔ)音電路模塊、鍵盤(pán)模塊、掉電存儲(chǔ)模塊、電源模塊等功能模塊組成。本系統(tǒng)對(duì)基本的功能設(shè)置、語(yǔ)音識(shí)別控制功能、數(shù)據(jù)裝入和定時(shí)功能進(jìn)行了重點(diǎn)設(shè)計(jì)。此外，還擴(kuò)展了微波火力八級(jí)檔位設(shè)定、烹調(diào)模式、語(yǔ)音提示、烹調(diào)預(yù)約時(shí)間設(shè)置等功能，對(duì)微波爐的基本功能進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。在現(xiàn)代人快節(jié)奏生活中，微波爐已成為便捷生活的一部分，為人們節(jié)省了時(shí)間，為社會(huì)節(jié)約了能源．隨著控制技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展。微波爐也向著智能化、信息化發(fā)展．除了可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)解凍，烹調(diào)．烘烤三項(xiàng)基本功能外，又進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，增加了溫度涮量和壓力測(cè)量，定時(shí)，防微波泄漏檢測(cè)，自定義烹調(diào)，程序烹調(diào)等功能。采用數(shù)碼顯示工作狀態(tài)和時(shí)聞，預(yù)留液晶顯示端口，顯示更直觀更人性化． 微波爐是一種用微波加熱的現(xiàn)代化烹調(diào)灶具，它由電源、磁控管、控制電路和烹調(diào)腔組成。其中，微波爐控制器部分完成和工作狀態(tài)之間的切換功能。雖然現(xiàn)今之微波爐的功能巳大大不同與以前。也由于此，更多的控制按鍵及不同要求的屏幕出現(xiàn)以配合不同的要求。系統(tǒng)的操作變得更煩瑣。在市場(chǎng)上有些高檔次的微波爐用了非常復(fù)雜的溫度感應(yīng)器加上高準(zhǔn)及高靈敏度的濕度控制器，這類(lèi)產(chǎn)品使生產(chǎn)成本大為提高, 同時(shí)軟件結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。然而語(yǔ)言是人類(lèi)傳遞信息的主要手段，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)是目前世界上最熱門(mén)和最具發(fā)展前景的新型信息技術(shù)之一。采用語(yǔ)音識(shí)別作為人機(jī)接口的設(shè)備能夠具有簡(jiǎn)便、快捷、靈活的優(yōu)點(diǎn)，其在軍事、民用和商業(yè)領(lǐng)域都發(fā)揮了巨大的作用，并在未來(lái)一定會(huì)成為新一代操作系統(tǒng)的接口。語(yǔ)音控制技術(shù)在聲控汽車(chē)、智能家電操作、自動(dòng)導(dǎo)航、自動(dòng)售票系統(tǒng)和智能玩具等方面有著廣泛的應(yīng)用。本文以嵌入式微處理器為核心，采用ICRoute公司的高性能LD3320語(yǔ)音識(shí)別芯片和相關(guān)控制電路，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了微波爐的語(yǔ)音控制系統(tǒng)。由于LD3320芯片集成了語(yǔ)音識(shí)別處理器和外部電路，包括AD和DA轉(zhuǎn)換器、麥克風(fēng)、聲音輸出等接口，且不需要外接任何的輔助芯片如Flash、RAM等。在現(xiàn)有的產(chǎn)品中直接集成即可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別／聲控，人機(jī)對(duì)話(huà)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，因而滿(mǎn)足了小體積、低功耗和可通用的要求，因而本聲控系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用前景。本課題把語(yǔ)音識(shí)別模塊內(nèi)嵌到微波爐中，設(shè)計(jì)出一種語(yǔ)音識(shí)別控制微波爐。用戶(hù)只需用簡(jiǎn)單, 人性化的語(yǔ)音指令告訴微波爐它要執(zhí)行的任務(wù)之后它就愉快地幫主人完成系統(tǒng)操作。 二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求本項(xiàng)目詳細(xì)分析微波爐控制器的原理和組成結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一個(gè)語(yǔ)音識(shí)別控制的具有定時(shí)和信息顯示功能的微波爐控制器。微波控制器系統(tǒng)可由以下五個(gè)電路模塊組成：語(yǔ)音識(shí)別控制模塊：其功能是識(shí)別微波爐工作過(guò)程中語(yǔ)音指令并執(zhí)行操作；顯示模塊：其功能是顯示各種工作模式、微波爐火力檔的設(shè)定、預(yù)約時(shí)間和工作時(shí)間等等圖文復(fù)雜的信息；語(yǔ)音電路模塊，其功能是在按鍵模式工作時(shí)，芯片可以通過(guò) LED 管腳給出信號(hào)來(lái)提示芯片的工作狀態(tài)，并且伴隨有提示音，用戶(hù)也可自定 4 種提示音效； 計(jì)時(shí)電路，其功能是對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，提供烹調(diào)完成時(shí)的狀態(tài)信號(hào)；顯示譯碼電路，其功能是顯示微波爐控制器的各狀態(tài)信息。單片機(jī)及外圍電路單片機(jī)及外圍電路單片機(jī)及外圍電路設(shè)計(jì)一個(gè)語(yǔ)音識(shí)別控制的具備定時(shí)和信息顯示功能的微波爐控制器。要求：（1） 該微波爐控制器能夠在任意時(shí)刻取消當(dāng)前工作，復(fù)位為初始狀態(tài)。（2）可以根據(jù)需要設(shè)置烹調(diào)時(shí)間的長(zhǎng)短，系統(tǒng)最長(zhǎng)的烹調(diào)時(shí)間為 59 分 59 秒；開(kāi)始烹調(diào)后能 夠顯示剩余時(shí)間的多少。 （3） 顯示微波爐控制器的烹調(diào)狀態(tài)。 （4） 語(yǔ)音通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別芯片和單片機(jī)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)輸出控制，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制微波爐各種操作。（5） 設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，?shí)現(xiàn)微波爐系統(tǒng)功能。 （1） 語(yǔ)音識(shí)別菜單功能：識(shí)別微波爐工作過(guò)程中語(yǔ)音指令并執(zhí)行操作。例如：語(yǔ)音輸入命令：“上”、“下”、“左”、“右”、“確定”、“返回”可語(yǔ)音識(shí)別控制液晶顯示屏選擇對(duì)應(yīng)的模式，確定烹飪模式和火力大小，調(diào)節(jié)定時(shí)并開(kāi)始微波。（2） 烹飪功能：烹飪模式有幾種可選：有燒烤、解凍、湯類(lèi)、蒸菜模式，同時(shí)人性化的增加了自定義模式，可自行選擇適合的模式進(jìn)行微波?？赏ㄟ^(guò)語(yǔ)音識(shí)別或加、減按鍵和確定鍵來(lái)對(duì)時(shí)間進(jìn)行設(shè)置或預(yù)約，首先是對(duì)時(shí)間的設(shè)置，按確定鍵再對(duì)分進(jìn)行設(shè)置，接著對(duì)秒進(jìn)行設(shè)置，每次設(shè)置完就要按一次確定鍵，以完成對(duì)時(shí)間的設(shè)置。時(shí)間設(shè)置完畢返回等待系統(tǒng)開(kāi)始烹飪。（3） 火力調(diào)節(jié)功能：火力模式有對(duì)應(yīng)的烹飪模式中有固定的火力大小，也可自定義選擇火力大小。固定的烹飪模式的火力大小有：燒烤模式6檔火力、解凍模式3檔火力、湯類(lèi)模式7檔火力、蒸菜模式5檔火力。可通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別或加、減鍵來(lái)設(shè)置烹飪時(shí)間，最高是8檔，最低是1檔，流程同預(yù)約時(shí)間的設(shè)置相同，時(shí)間設(shè)置完畢就直接開(kāi)始烹飪（4） 液晶顯示功能：液晶顯示屏使用12864顯示屏，液晶顯示子程序顯示各模式的工作狀態(tài)，如顯示火力模式、烹飪模式、預(yù)約時(shí)間和烹飪時(shí)間、也可顯示“作者名”和“歡迎使用 語(yǔ)音控制微波爐系統(tǒng)”。液晶顯示器采用的是并行通訊的工作方式。（5） 定時(shí)服務(wù)功能：程序檢測(cè)系統(tǒng)是否開(kāi)始烹飪，當(dāng)系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入烹飪狀態(tài)，定時(shí)服務(wù)子程序開(kāi)始工作，首先通過(guò)按鍵掃描判斷預(yù)約時(shí)間標(biāo)志按鍵是否被按下，當(dāng)有按鍵按下進(jìn)入預(yù)約時(shí)間的定時(shí)服務(wù)，如果沒(méi)有按鍵按下，直接進(jìn)入烹飪時(shí)間的定時(shí)服務(wù)。各固定烹飪模式的定時(shí)時(shí)間為燒烤模式定時(shí)十分鐘、解凍模式定時(shí)五分鐘、湯類(lèi)模式定時(shí)一分三十秒、蒸菜模式定時(shí)八分鐘。三、總體方案論證與比較方案一：采用數(shù)字邏輯芯片本系統(tǒng)有功能設(shè)置、數(shù)據(jù)裝入、定時(shí)、顯示、音響控制多個(gè)功能模塊。各個(gè)狀態(tài)保持或轉(zhuǎn)移的條件依賴(lài)于鍵盤(pán)控制信號(hào)。由于鍵盤(pán)控制信號(hào)繁多，系統(tǒng)的邏輯狀態(tài)以及相互轉(zhuǎn)移更是復(fù)雜，用純粹的數(shù)字電路或小規(guī)模的可編程邏輯電路實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)有一定的困難，需要用中大規(guī)模的可編程邏輯電路。這樣，系統(tǒng)的成本就會(huì)急劇上升〔相對(duì)于方案二〕。因此，本設(shè)計(jì)并未采用這種方案。方案二：采用單片機(jī)作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心鑒于市場(chǎng)上常見(jiàn)的51系列8位單片機(jī)的售價(jià)比較低廉，我們的設(shè)計(jì)采用了P89V51RB2FN單片機(jī)作為主控制器，AT89C52 是一款微控制器，包含16kB Flash 和256 字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM ，3 個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，8 個(gè)中斷源，4 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，2 個(gè)DPTR 寄存器[3]；主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的控制與協(xié)調(diào)工作。具體方案如下：首先，利用單片機(jī)檢測(cè)各種模擬信號(hào)，通過(guò)接收鍵盤(pán)送來(lái)的命令，確認(rèn)功能設(shè)置，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)裝入和實(shí)時(shí)監(jiān)控，其次，根據(jù)CPU發(fā)出的信號(hào)控制語(yǔ)音播報(bào)、顯示等功能，用軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定時(shí)功能，節(jié)省了硬件成本的開(kāi)銷(xiāo)。這樣的設(shè)計(jì)使安裝和調(diào)試工作可以并行進(jìn)行，極大地縮短了總體設(shè)計(jì)和制造的時(shí)間，綜合考慮以上因素。我們采用了方案二，本方案的基本原理如圖1所示，控制系統(tǒng)的原理圖見(jiàn)附錄。單片機(jī)及外圍電路交流輸入整流慮波輸出調(diào)整單元液晶顯示模塊圖1 系統(tǒng)原理框圖掉電存儲(chǔ)模塊鍵盤(pán)模塊語(yǔ)音模塊 語(yǔ)音識(shí)別模塊選擇語(yǔ)音識(shí)別模塊選用LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊（圖2），該模塊有16個(gè)單片機(jī)IO口，其中有一組8位IO擴(kuò)展接口、1個(gè)定時(shí)器、1個(gè)外部中斷，可做為單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制功能，可配套其他單片機(jī)也可獨(dú)自完成工作。LD3320芯片（圖