【正文】 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，做出各種營養(yǎng)美味的食物。 本 系統(tǒng) 把語音識別模塊內(nèi)嵌到微波爐中，設(shè)計出一種語音識別控制微波爐。主控部分是由單片機和 語音模塊部分構(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 片機為核心，由液晶顯示模塊、 語音識別電路模塊、鍵盤模塊 、掉電存儲模塊、電源模塊等功能模塊組成。用戶只需用簡單、 人性化的語音指令告訴微波爐 —— 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。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。微波爐有如此強大的功能與新技術(shù)的不斷應(yīng)用是分不開的。 水分子為極性分子 ， 一端為正極，一端為負極 ， 而微波是電磁波，有正半周與負半周。此外，還擴展了微波火力八級檔位設(shè)定、 烹調(diào) 模式、語音提示、 烹調(diào) 預(yù)約 時間設(shè)置 等功能，對微波爐的基本功能進行設(shè)計與 實現(xiàn) 。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。 在市場上有些高檔次的微波爐用了非常復(fù)雜的溫度感應(yīng)器加上高準及高靈敏度的濕度控制器 ， 這類產(chǎn)品使生產(chǎn)成本大為提高 , 同時軟件結(jié) 構(gòu)變得更加復(fù)雜直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文以嵌入式微處理器為核心，采用 ICRoute公司的高性能 LD3320 語音識別芯片和相關(guān)控制電路，設(shè)計實現(xiàn)了 微波爐的 語音控制系統(tǒng)。用戶只需用簡單 , 人性化的語音指令告訴微波爐 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。 要求： （ 1） 該微波爐控制器能夠在任意時刻取消當前工作，復(fù)位為初始狀態(tài)。 （ 5） 設(shè)計適當?shù)耐鈬娐罚?實現(xiàn)微波爐系統(tǒng)功 能 。可通過語音識別或加、減按鍵和確定鍵來對時間進行設(shè)置或預(yù)約，首先是對時 間 的設(shè)置，按確定鍵再對分進行設(shè)置，接著對秒進行設(shè)置，每次設(shè)置完就要按 一次確定鍵，以完成對時間的設(shè)置。可通過語音識別或加、減鍵來設(shè)置烹飪時間，最高是 8 檔，最低是 1 檔，流程同預(yù)約時間的設(shè)置相同，時間設(shè)置完畢就直接開始烹飪 （ 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)約時間和烹飪時間、 也可顯示“作者名”和“歡迎使用 語音控制微波爐系統(tǒng)”。 語音控制微波爐系統(tǒng) 5 三、 總體方案論證與比較 芯片選擇 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、顯示、音響控制多個功能模塊。因此，本設(shè)計并未采用這種方案。 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)的原理圖見附錄。本芯片在設(shè)計上注重 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)品中即可以實現(xiàn)語音識別／聲控／人機對話功能。 （ 2） 不需要外接任何輔助的 Flash 芯片， RAM 芯片和 AD 芯片，就可以完成語音識別功能。 （ 4） 芯片內(nèi)部已經(jīng)準備了 16 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 16 位 D/A 轉(zhuǎn)換器和功放電路，麥克風、立體聲耳機和單聲道喇叭可以很方便地和芯片管腳連接。產(chǎn)品設(shè)計可以選擇從立體聲的耳機或者單聲道喇叭來獲得聲音輸出。VDDIO 低電壓（邏輯“ 0”）： 039。如果沒有后續(xù)的指令（對寄存器的設(shè)置），復(fù)位后芯片將進入休眠狀態(tài)。此時只使用 4 個管腳：片選（ SCS 冰）、 SPI 時鐘 (SDCK)、 SPI 輸入 (SDI)和SPI 輸出 (SDO)。（識別結(jié)果是通過寄存器返回識別出的關(guān)鍵詞語在關(guān)鍵詞語列表中的排列序號 Index 數(shù)值，該 Index 數(shù)值是在設(shè)置關(guān)鍵詞語列表時指定）。這兩種顯示器可顯示數(shù)字、字符及系統(tǒng)的狀態(tài)。發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài)，用于系統(tǒng)狀態(tài)顯示；數(shù)碼管用于數(shù)字顯示； LED十六段顯示器用于字符顯示。 [4]隨著液晶顯示技術(shù)的發(fā)展， LCD顯示器的規(guī)格眾多，其專用驅(qū)動芯片也相互配套，使 LCD 在控制和儀表系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用提供了極大的方便?？梢燥@示 8 4 行 16 16 點陣的漢字，也可完成圖形顯示；低電壓低功耗是其又一顯著特點。獨立式按鍵的典型應(yīng)用如圖 所示。 [12] 方案二：矩陣式按鍵 單片機系統(tǒng)中，若使 用按鍵較多時，通常采用矩陣式（也稱行列式）鍵盤。當無按鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)；當有鍵按下時，行、列線將導(dǎo)通，此時，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。 語音電路方案選擇 方案一：蜂鳴器 語音控制微波爐系統(tǒng) 13 蜂鳴器聲音單一，無法實現(xiàn)一連串的語音播放，對一些要求比較高的系統(tǒng)來說，蜂鳴器不適合。 嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。根據(jù)設(shè)計需要，語音提示音播放伴有 LED 燈閃爍提示，直觀方便。 14 V C C D1/ L E D2/ R E S E T3M I S O4M O S I5S C L K6/ S S7V S S A8A n a I n9M I C +10M I C 11V S S P 212S P 13V C C P14S P +15V S S P 116AUD17AGC18/ V O L19R O S C20V C C A21/ F T22/ P L A Y23/ R E C24/ E R A S E25/ F W D26R D Y / I N T27V S S D28J P ?4 H E A D E RC10 .1 uC20 .1 uM K ?M I C R O P H O N E 2R14 .3 kR24 .3 kR34 .3 kC34 .7 uR?1KD?L E DV C CV C CV C CV C CR?8 2 KC?4 .7 uL S ?S P E A K E RP 2 0 P 2 1P 2 2C?0 .1 uC?1 0 0 u語音電路P 1 2P 1 3P 1 44 7 0 u 圖 6 語音電路 電源方案選擇 方案一：開關(guān)電源 用開關(guān)穩(wěn)壓電 源給整機供電，此方案能夠完成本作品電流源的供電，但開關(guān)電源比較復(fù)雜，而且何種也比較大，制作不便，因而此方案難以實現(xiàn)。這些實時時鐘芯片具備年 、月、日、時、分、秒計時功能和多點定時功能，計時數(shù)據(jù)的更新每秒自動進行一次，不需程序干預(yù)。但是實時時鐘芯片對硬件要求較高，成本相對而言比較高，所以不采用該方案。 [6] 16 掉電儲存模塊 為了在斷電的情況下能保 存好已經(jīng)設(shè)置好的時間和菜單等數(shù)據(jù)，為此系統(tǒng)采用24C01 E2PROM。這個叫磁控管的電子管是個微波發(fā)生器，它能產(chǎn)生每秒鐘振動頻率為 億 赫 的微波。磁控管陽極高壓 3000V7000V，工作頻率 2450MHz，陽極電流為300mA1200Ma[21]， 微波爐功率調(diào)整的原理就是通過高速控制磁控管的開停 時間來調(diào)整功率 ， 磁控管的功率是不可變的 ，因此直接控制磁控管的開關(guān)狀態(tài)以實現(xiàn)對微波爐的火力設(shè)置是不可取的，現(xiàn)有兩種方案選擇。每個模塊都與 P1 口向連。定時器的計數(shù)源由 CMOD SFR 的 CPS1 和 CPS0 位來確定。各個模塊的輸出占空比是獨立變化的，與使用的捕獲寄存器 CCAPnL 有關(guān)。要使能 PWM 模式，模塊 CCAPMn 寄 存器的 PWM 和 ECOM 位必須置位，如圖 9 所示。 表 1 火力檔位設(shè)置表 18 檔 位 (檔 ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 輸出電額 (V) 語音控制微波爐系統(tǒng) 19 四、系統(tǒng)設(shè)計及操作說明 本章主要 是介紹微波爐控制器設(shè)計系統(tǒng)的設(shè)計及系統(tǒng)的操作說明，系統(tǒng)的液晶顯示模塊采用并行通訊的工作方式，鍵盤方面則采用程序掃描的工作方式，下面就各模塊的軟件設(shè)計進行了詳細的介紹。 主程序 主程序負責與各子程序模塊的接口和檢查鍵盤功能號，流程圖如圖 11 所示。時間設(shè)置完畢返回等待系統(tǒng)開始烹飪，流程圖如圖 14 所示。流程圖如圖 17 所示。流程圖如圖 19 所示。 語音控制微波爐系統(tǒng) 21 開始 初始化 液晶初始化 調(diào)用鍵盤掃描子程序 調(diào)用液晶顯示子程序 調(diào)用語音播放子程序 結(jié)束 圖 10 主程序流程 圖 調(diào)用 語音或 按鍵操作子程序 22 保護現(xiàn)場 調(diào)用預(yù)約時間子程序 調(diào)用火力模式子程序 調(diào)用預(yù)約時 間子程序 調(diào)用火力模 式子程 序 Y N Y 調(diào)用火力自定義子程序 N Y 調(diào)用火力自 定義子程序 調(diào)用烹飪模式子程序 N 調(diào)用烹飪模 式子程序 恢復(fù)現(xiàn)場 返回 圖 11 按鍵功能掃描子程序 Y N 語音控制微波爐系統(tǒng) 23 保護現(xiàn)場 預(yù)約 時 +199? 預(yù)約 時 =0 是減鍵 ? 預(yù)約 時 1=0xFF? 預(yù)約 時 =99 確定鍵 ? 圖 12 烹飪預(yù)約時間子程序 恢復(fù)現(xiàn)場 返回 是 加 鍵 ? 預(yù)約分設(shè)置 預(yù)約 秒設(shè)置 確定鍵 ? 確定鍵 ? Y Y Y Y N N N N N N N 24 保護現(xiàn)場 是 減鍵 ? 是加鍵 ? 火力檔位 +18? 火力檔位 =8 火力檔位 1=0? 火力檔位 =0 確定鍵 ? 調(diào)用火力模式子程序 恢復(fù)現(xiàn)場 返回 圖 13 火力自定義子程序 N N N N N Y Y Y Y Y 語音控制微波爐系統(tǒng) 25 保護現(xiàn)場 保護現(xiàn)場 確定鍵 ? 開始烹飪 返回 恢復(fù)現(xiàn)場 圖 14 烹飪模式子程序 顯示火力模式 保護現(xiàn)場 顯示烹飪模式 顯示預(yù)約時間 顯示烹飪時間 返回 圖 15 液晶顯示子程序 取消鍵 返回初始狀態(tài) Y Y N N 26 保護現(xiàn)場 預(yù)約 時間標志位為 1? 是否開始烹飪 預(yù)約時間秒1=0xFF? 預(yù)約時間秒 =59 預(yù)約時間分1=0xFF? 預(yù)約時間分 =59 預(yù)約時間時1=0xFF? 預(yù)約時間結(jié)束 烹飪時間秒1=0xFF? 烹飪時間秒 =59 烹飪時間分1=0xFF? 烹飪時間分 =59 烹飪時間時1=0xFF? 烹飪時間結(jié)束 恢復(fù)現(xiàn)場 返回 圖 16 定時服務(wù)子程序 Y Y N N N N N N N N 語音控制微波爐系統(tǒng) 27 保護現(xiàn)場 恢復(fù)現(xiàn)場 有鍵閉合嗎？ 二次調(diào)用延時子 程序延時 12ms 有 鍵閉合嗎？ 求閉合鍵的鍵號 閉合 鍵釋放否 ？ 鍵號送到 A 返回 延時 6 ms 圖 17 按鍵掃描子程序 N N Y Y N Y 28 保護現(xiàn)場 預(yù)約時間 結(jié)束 ? 播放語音提示 烹飪 時間 結(jié)束 ? 播放語音提示 無水？ 播放語音提示 播放語音提示 恢復(fù)現(xiàn)場 返回 N N N N Y Y Y Y 爐門是否關(guān) ? 無物？ 播放語音提示 N Y 圖 18 語音播放子程序 語音控制微波爐系統(tǒng) 29 硬件 電路設(shè)計 常規(guī)模式測試 在該模式下，主要對烹調(diào)、解凍和燒烤三個功能分別進行測試。造成誤差的原因是由于晶振和單片機定時器的累積誤差而導(dǎo)致系統(tǒng)定時誤差的產(chǎn)生。因時間有限，該系統(tǒng)還有許多值得改進的地方：例如硬件系統(tǒng)的集成度還可以進一步提高，控制系統(tǒng)的智能性有待于進一步加強，按鍵和系 統(tǒng)性能有望進一步優(yōu)化以增強用戶使用的安全性與方便性，軟件中某些邏輯判斷方面的算法還有待于進一步優(yōu)化。在設(shè)計過程中，雖然遇到許多的困難，但是經(jīng)過細心的研究還是突破了難關(guān)，現(xiàn)在回味還是無窮的。雖 然剛開始一點頭緒都沒有，心情依然很煩躁。 32 參考文獻 [1]江立 主編 《單片機原理與應(yīng)用技術(shù)》 清華大學(xué)出版社； [2]恰汗 畢業(yè)設(shè)計是個繁瑣而漫長的過程，因為大家都不在學(xué)校，大部分的人在實習，而且分布各個地方，這個原因又給畢業(yè)設(shè)計帶來了極大的困難 ，老師有什么想法不好和我們進行面對面的交流，討論在一定程度上受到了阻礙。 通過本次設(shè)計，使我對以前所學(xué)的知識進行了一個系統(tǒng)的復(fù)習，獲得了許多新的知識，以及對以前不理解或不懂的地方進行了復(fù)習，讓我有了新的認識和理解。 語音控制微波爐系統(tǒng) 35 作畢業(yè)設(shè)計需要各個方面的資料，光靠課堂上所學(xué)的那點書本知識是遠遠不夠的，因此，就需要查閱大量