【正文】 域（有 10—— 30 個(gè)通道濾波組的平均譜、 DFT頻譜、模仿人耳聽覺評率特征的MFL譜等）、前 3個(gè)共振峰（有幅度、頻率、帶寬）、倒譜、線性預(yù)測系數(shù)、 PARCOR系統(tǒng) (偏自相關(guān)系數(shù) )。 超音段信心函數(shù) 包括音長、音調(diào)、音色等。特征的選擇對識別效果來說至關(guān)重要，其衡量方法是特征間的距離量度。若以前者距離與后者距離之比為優(yōu)化準(zhǔn)則確定 “ 目標(biāo)量 ” ，則應(yīng)使改量最大。 3) 語音模式庫 語音模型庫即聲學(xué)參數(shù)模板。 預(yù)處理 特征提取 模式匹配 后處理 語音模式庫 輸入語音 識別 初步 識別 結(jié)果 識別 結(jié)果 訓(xùn)練 圖 4 以凌陽單片機(jī)為核心的框圖 4) 模式匹配 將輸入語音的特征參數(shù)同訓(xùn)練得到的語音模式庫進(jìn)行比較分析，從而得到初步識別結(jié)果。 統(tǒng)計(jì)模式識別法 是目前采用最多的識別方法。 句法模式識別 類似于文章中的句法分析。句法模式識別系統(tǒng)的原理如圖 6所示。輸入的語音信號經(jīng)過預(yù)處理后，對此信號作模式的描述，然后對此輸入模式作模式分析，檢查輸入模式與識別對象的模式的結(jié)構(gòu)是否相同或在某范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)一致，由此判定輸入模式就是某種對象模式，從而得到識別結(jié)果。目前后處理在嵌入式語音系統(tǒng)中還很難使用。利用一組濾波器來分析語音信號的頻率，是最早應(yīng)用的頻譜分析法之一。其 原理圖如下（圖 7）： 預(yù)處理 模式描述 模式分析 后處理 生成規(guī)則 輸入語音 語音 識別 初步 識別 結(jié)果 識別 結(jié)果 模式采樣 濾波器 LFn fn 首先用傅立葉變換將時(shí)域信號變換成頻域信號，然后在頻域內(nèi)按照 下表（表 3）的臨界頻率 和帶寬選取數(shù)字濾波器，并在頻域內(nèi)進(jìn)行計(jì)算處理，然后通過反傅立葉變換得到 Mel頻率倒譜系數(shù)。 量化分為兩大類：標(biāo)量量化和矢量量化。 原理圖如下（圖 8） ： 圖 8 矢量量化器的原理圖 語音系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程 本系統(tǒng)采用特定人語音識別是指語音模板由單人訓(xùn)練 ,對訓(xùn)練的語音命令識 別準(zhǔn)確率高 ,而其他人的語音命令識別的準(zhǔn)確率較低或者不識別。 計(jì)算最小距離 min d(Xi,Yj) 找到相應(yīng)角標(biāo) jmin 從碼書中找出 Yjmix 失真測度共識 碼書 Yj j=0,1,? ,M1 碼書 Yj j=0,1,? ,M1 K 維輸入矢量 Xi jmix 信道或存儲器 jmix Yj K 維重構(gòu)矢量 濾波器 LFn fn 1) 語音采集 凌陽的 SPCE061A 是 16 位單片機(jī)，具有 DSP 功能，有很強(qiáng)的信息處理能力，最高時(shí)鐘可達(dá)到 49M，具備運(yùn)算速度高的優(yōu)勢等等，這為語音的播放、辨識提供了條件。 圖 10 簡化的語音 識別原理圖 特定語者辨識 SD（ Speaker Dependent），即語音樣板由單個(gè)人訓(xùn)練，也只能識別訓(xùn)練某人的語音命令。 圖 11 語音辨識的整體框圖 聲學(xué)模式訓(xùn)練 語音匹配 語音模式訓(xùn)練 語音處理 識別結(jié)果 理解結(jié)果 復(fù)雜聲 學(xué)、言 語條件 下的語 音輸入 語言模式 語言模式 初始化 BSR_DeleteSDG roup(0) 調(diào)用訓(xùn)練模塊TrainWord(int WordID, int RespondID) 初始化識別器 BSR_InitRecogni zer(BSR_MIC) 啟動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控 BSR_EnableCPU Indicator() 辨識處理 BSR_GetResult() 辨識部分 3）語音錄放 用凌陽 Compress Tool 事先把所需要的語音信號錄制好，本系統(tǒng)共包括近二十個(gè)語音資源，整個(gè)語音信號經(jīng)凌陽 SACM_S480 壓縮算法壓縮不到 20K 存儲空間， SPCE061A 單片機(jī)具有 32k 閃存，使用內(nèi)部 flash 即可滿足要求。在它們后面接一個(gè)簡單的音頻放大電路和喇叭即可實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)功能。 PSTN的接口 本系統(tǒng)所有與外界相關(guān)聯(lián)的通訊均以電話為媒介，我們 利用單片機(jī)檢測電話線上的信號來得到控制信號，從而控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。為了解決這一問題，我們在實(shí)驗(yàn)過程中曾嘗試了幾個(gè)不同方案，比如用變壓器、電池供電、穩(wěn)壓整流等等，最終考慮到系統(tǒng)整體，采用光電耦合。有振鈴信號時(shí)，輸出為 低 電平，無振鈴時(shí)為 高 電平， CPU 以此來來判斷有無振鈴及振鈴次數(shù)。凌陽控制自動(dòng)摘機(jī)，接通電話。查詢結(jié)束退出后，系統(tǒng)又進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，檢測報(bào)警信號和等待電話查詢。 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，電話主要鈴聲有以下幾種： 鈴流 鈴流用來呼叫被叫用戶。 3Hz正弦波，諧波失真不大于 10％，輸出電壓有效值 90正負(fù) 15V，振鈴采用 5s斷續(xù)，即一秒送， 4s斷，斷、續(xù)時(shí)間偏差不超過177。 撥號音 用來通知主叫用戶可以撥號。 25Hz 的交流電源，發(fā)送電平為 10177。 回鈴音 表示被叫用戶處于被振鈴狀態(tài)，采用頻率為 450177。 3dBm，它是 5s斷續(xù)的信號音，即 1s 送， 4s斷，與振鈴音一致。 25Hz的交流電源，發(fā)送電平為 10177。久叫不應(yīng) 90s后送忙音。 50Hz 的交流電源，發(fā)送電平為 0～ 25dBm，發(fā)送連續(xù)信 號音，響度變化分五級，由最低級逐步升高。具體見 89C51單片機(jī)部分。整形電路見圖 14。 撥號電路，通過測試 ，電話機(jī)的鍵盤撥號原理是一個(gè)二維矩陣，用一個(gè)二維向量表示一個(gè)按鍵， 如圖17 例如按鍵 1 為 [A,E]，按鍵 2為 [B,E]芯片是通過檢測 A E， B E是否導(dǎo)通來檢測鍵 1 和鍵 2 的狀態(tài)，其他按鍵的檢測同理。機(jī)械按鈕的導(dǎo)通原理是手動(dòng)按下，令其導(dǎo)通（如圖 15）。模擬電子開關(guān)的大致原理如下（如圖 16）：Ac是控制端，用 TTL電平就可以控制。 圖 15 機(jī)械按鈕原理圖 圖 16 模擬電子開關(guān)原理圖 整個(gè)鍵盤如圖 17所示 ,芯片原理連接圖如圖 18 所示。 液晶顯示應(yīng)用 16*2 的字符型 LCD LC1621，用來實(shí)時(shí)顯示前端傳感器的監(jiān)控狀態(tài)，并能實(shí)時(shí)的顯示報(bào)警信息。所以這部分的設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是軟件部分，而硬件方面相對來說比較的簡單，只要根據(jù)下面提供的 LCD管腳功能表進(jìn)行連接（表 5）。本系統(tǒng)使用的 HT9170B是綜合了數(shù)字解碼器和和多帶濾波器功能的雙音頻（ DTMF）接收器，可工作在下電模式和抑制模式。 表 6： DTMF數(shù)據(jù)輸出表 低通（ Hz） 高通（ Hz） 數(shù)字 OE D3 D2 D1 D0 697 1209 1 H L L L H 697 1336 2 H L L H L 697 1477 3 H L L H H 770 1209 4 H L L L L 770 1336 5 H L H L H 770 1477 6 H L H H L 852 1209 7 H L H H H 852 1336 8 H H H L L 852 1477 9 H H L L H 941 1209 0 H H L H L 941 1336 * H H L H H 941 1477 H H L L L 697 1633 A H H H L H 770 1633 B H H H H L 852 1633 C H H H H H 941 1633 D H H H L L ANY L Z Z Z Z 傳感器（ transducer/sensor）是指能夠受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件（ sensing element）指傳感器重能直接感受（或響應(yīng)）被測量的部分，轉(zhuǎn)換元件（ transduction element）指傳感器中能將敏感元件感受（或響應(yīng)）的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸和（或）測量的電信號部分。 傳感器是本系統(tǒng)前端的主要部分，本系統(tǒng)可以在傳感器方面選擇氣敏傳感器、熱敏傳感器、光傳感器、溫度傳感器、門磁傳感器、紅外傳感器等等。 氣敏傳感器選用的是能感應(yīng)氫氣、一氧化碳、甲烷、酒精等可燃?xì)怏w MQ7氣敏傳感器。 以上傳感器的兩條線是用來加熱電熱絲的，隨著電熱絲的發(fā)熱，一旦感應(yīng)到對其敏感的氣體，另兩個(gè)腳之間的電阻將會(huì)變小，而且這種變化將是類似的線形的。再利用以下的無線收發(fā)模塊來傳感前端檢測到的信號。但是考慮到應(yīng)用范圍大多是在住宅的廚房，周圍環(huán)境的變化并不是很大，所以還是具有一定的實(shí)際應(yīng)用性。實(shí)質(zhì)上熱釋電傳感器是對溫度敏感的傳感器。由于它的輸出阻抗極高，在傳感器中有一個(gè)場效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。當(dāng)人體進(jìn)入檢測區(qū)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生 ΔT ，則有 ΔT 輸出；若人體進(jìn)入檢測區(qū)后不動(dòng)，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出了。傳感器不加光學(xué)透鏡 (也稱菲涅爾透鏡 )，其檢測距離小于 2m，而加上光學(xué)透鏡后，其檢測距離可增加到 10m左右。 本模塊是此系統(tǒng)的亮點(diǎn)之一。無線收發(fā)模塊是利用 315MHZ的業(yè)余頻段，并利用 226 2272的編解碼電路，此種設(shè)計(jì)的優(yōu)勢是由于采用了編解碼電路，所以在抗誤碼方面相當(dāng)?shù)某錾? DF發(fā)射模塊未設(shè)編碼集成電路，而增加了一只數(shù)據(jù)調(diào)制三極管 Q2（如圖 22） ,這種結(jié)構(gòu)使得它可以方便地和其它固定編碼電路、滾動(dòng)碼電路及 單片機(jī)接口，而不必考慮編碼電路的工作電壓和輸出幅度信號值的大小。 如果接收端用 PT2272或者 SM5272解碼時(shí)，可以將 DF接收模塊的數(shù)據(jù)輸出端直接接 PT2272或者 SM5272的第 14 腳， 如果利用單片機(jī)的軟件解碼可 以省略解碼芯片，使系統(tǒng)的硬件得以簡化，但是要考慮單片機(jī)的時(shí)鐘頻率的倍頻會(huì)對接收模塊的干擾，比如單片機(jī)應(yīng)離開接收模塊，降低單片機(jī)的 工作頻率，中間加入屏蔽等，更應(yīng)該避免共用一條地線（接收模塊電路如圖 23）。 圖 26 89C51單片機(jī)軟件模塊框圖 系統(tǒng)功能測試是關(guān)系到整個(gè)項(xiàng)目完成情況的實(shí)質(zhì)性階段，也是檢驗(yàn) 系統(tǒng)軟硬件兼容情況良好與否的必經(jīng)之路。 系統(tǒng)語音訓(xùn)練測試 1） 電源開啟； 2） 凌陽單片機(jī)開發(fā)板（ 61板）開始工作，并通過揚(yáng)聲器第一次發(fā)聲“請輸入觸發(fā)名稱”； 3） 操作者應(yīng)答，比如“ SUPER FIVE”； 4） 凌陽單片機(jī)開發(fā)板（ 61板）通過揚(yáng)聲器第二次發(fā)聲“請輸入觸發(fā)名稱”； 5） 操作者再次應(yīng)答，必須要同第一次的回答內(nèi)容以及語調(diào)語術(shù)等都一樣； 6） 如果順利通過， 凌陽單片機(jī)開發(fā)板（ 61板）則通過揚(yáng)聲器發(fā)聲“請輸入開機(jī)命令”； 7） 操作者初始化開機(jī)命令，比如“請開機(jī)”； 液晶提示開機(jī)信息 等待報(bào)警信號 采集并記錄報(bào)警類型 等待 61摘機(jī)信號 撥號 液晶顯示撥號成功 檢測回鈴音 液晶顯示對方已摘機(jī)，即線路也接通 傳送報(bào)警種類及線路接通信號給 61 液晶顯示撥號完成 液晶提示報(bào)警開始 不成功 不成功 無信號 有報(bào)警 信號 成 功 已 摘機(jī) 未摘機(jī) 對方未摘機(jī) 對方 已摘機(jī) 超時(shí)重?fù)? 嚴(yán)重超時(shí)，電話信道不通 8） 凌 陽單片機(jī)開發(fā)板（ 61板）通過揚(yáng)聲器再次發(fā)聲“請輸入開機(jī)命令”； 9） 操作者再次應(yīng)答，“請開機(jī)” 10） 如果順利通過， 凌陽單片機(jī)開發(fā)板（ 61板）則通過揚(yáng)聲器發(fā)聲“請輸入關(guān)機(jī)命令”； 11） 操作者初始化關(guān)機(jī)命令，比如“請關(guān)機(jī)”； 12） 凌陽單片機(jī)開發(fā)板（ 61板）通過揚(yáng)聲器再次發(fā)聲“請輸入關(guān)機(jī)命令”； 13） 操作者再次應(yīng)答，“請關(guān)機(jī)”； 14） 以上過程如果在哪里出現(xiàn)異常， 凌陽單片機(jī)開發(fā)板（ 61板）通過揚(yáng)聲器會(huì)提醒“請?jiān)僬f一次”，操作者則根據(jù)語音提示繼續(xù)訓(xùn)練。 電話報(bào)警測試 1）傳感器檢測并確定到有異常情況；通過無線發(fā)射部分，向 89C51單片機(jī)發(fā)送編碼信號； 2） 89C51單片機(jī)檢測到報(bào)警類刑解碼信號后，觸發(fā)凌陽單片機(jī)，同時(shí)經(jīng)過處理發(fā)出警報(bào)信息，液晶顯 示報(bào)警狀況以及等級等等相關(guān)信西。 電話查詢測試 1）有遠(yuǎn)程電話撥入； 2）凌陽單片機(jī)開發(fā)板（ 6