语音识别控制小车设计.docx

基于语音识别的智能小车摘要随着计算机技术、模式识别和信号处理技术及声学技术等的开展，使得能满足各种需要的语音识别系统的实现成为可能。近二三十年来，语音识别在计算机、信息处理、通信与电子系统、自动控制等领域中有着越来越广泛的应用。本设计是语音识别在控制领域的一个很好实现，它将原本需要手工操作的工作用语音来方便地完成。语音识别按说话人的讲话方式可分为孤立词(ISoIatedWord)识别、连接词(ConnectedWOrd)识别和连续语音(COntinUoUSSPeeCh)识别。从识别对象的类型来看，语音识别可以分为特定人(SpeakerDependent)语音识别和非特定人(SpeakerIndePendent)语音识别。本设计采用的识别类型是特定人孤立词语音识别。本系统分上位机和下位机两大方面。上位机利用PC上MATLAB强大的数学计算能力，进行语音输入、端点监测、特征参数提取、匹配、串口控制等工作，根据识别到的不同语音通过PC串口向下位机发送不同的指令。下位机是单片机控制的一个小车，单片机收到上位机传来的指令后，根据不同的指令控制小车完成不同的动作。该设计对语音识别的现有算法进行了验证和实现，并对端点检测和匹配算法进行了些许改良。本设计到达了预期目标,实现了所期望的功能效果。关键词：MATLAB,语音识别，端点检测，LPC,单片机，电机控制SMARTCARGASEDSPEECHRECOGNITIONABSTRACTWiththedevelopmentofcomputertechnology,patternrecognition,signalprocessingtechnologyandacoustictechnologyetc,thespeechrecognitionsystemthatcanmeetthevariousneedsofpeopleismorepossibletoachieve.Thepastthreedecades,thevoicerecognitioninthefieldofcomputer,informationprocessing,communicationsandelectronicsystems,automaticcontrolhasincreasinglywiderangeofapplications.Speechrecognitionbythespeaker,sspeechcanbedividedintoisolatedword(IsolatedWord)identification,conjunctions(ConnectedWord)andcontinuousspeechrecognition(ContinuousSpeech)identification.Identifyingthetypeofobjectfromthepointofview,thevoicerecognitioncanbedividedintoaspecificperson(SpeakerDependent)speechrecognitionandnon-specific(SpeakerIndependent)speechrecognition.Thisdesignusestheidentificationtypeisaspecificpersonisolatedwordspeechrecognition.Thisdesignisofagoodimplementationofspeechrecognitioninthecontrolfield,itdoestheworkthatwouldotherwiserequiremanualoperationbythevoiceofpeopleeasily.Thissystemincludestwomajoraspects:thehostsystemandtheslavesystem.ThehostsystemusetheMATLABonthecomputerwhichhaspowerfulmathematicalcomputingabilitytodotheworkofvoiceinput,endpointmonitoring,featureextraction,matching,identificationandserialcontrol,thenitsenddifferentcommandsthroughthePCserialporttoslavesystemaccordingdifferentrecognisedvoice.Theslavesystemisacarcontrolledbyasingle-chipmicro-controller.ltcontrolsthecardodifferentactionsaccordingdifferentinstructionsreceived.ThedesignischeckingandrealizationoftheexistingspeechrecognitionalgorithmandItheendpointdetectionandmatchingalgorithmswereslightimproved.Thisdesignachievedtheexpectedgoalsandachievedthedesiredfunctionaleffect.KEYWORDS：MATLAB,SpeechRecognition9ExtremePointsTest9LPC9ChipMicrocomputer9MotorDrive前言O第1章系统总体设计方案介绍1第2章上位机设计2§2.1语音识别简介3§2.1.1语音识别开展3§2.1.2语音识别的分类3§2.2 声音录入4§2.3 声音的预处理4§2.3.1欲加重处理4§2.3.2分帧处理4§2.4 端点检测5§2.4.1 1过零率5§2.4.2 音量6§2.4.3 过零率和音量积谱7§2.4.4 用过零率和音量积谱来检测端点8§2.5 特征参数提取9§2.5.1特征参数概述9§2.5.2用MATLAB实现LPC系数的计算12§2.6语音识别中的模式匹配13§2.6.1DTW算法原理13§2.6.2程序实现15§2.7MATLAB上的GUI设计17第3章下位机设计18§3.1小车总体设计18§3.1.1小车总体框图18§3.1.2小车结构设计19§3.2小车硬件设计19§3.2.1单片机电路设计19§3.2.2驱动电路设计21§3.2.3稳压电路设计22§3.3小车软件设计22§1.1.1 3.1主程序流程图22§1.1.2 局部主程序23§1.1.3 底层驱动程序25结论27参考文献28致谢28附录29、，1刖后随着计算机技术、模式识别和信号处理技术及声学技术等的开展，使得能满足各种需要的语音识别系统的实现成为可能。近二三十年来，语音识别在计算机、信息处理、通信与电子系统、自动控制等领域中有着越来越广泛的应用。语音命令控制可广泛用于家电语音遥控、玩具、智能仪器及移动等便携设备中。使用语音作为人机交互的途径对于使用者来说是最自然的一种方式，同时设备的小型化也要求省略键盘以节省体积。当今，语音识别产品在人机交互应用中已经占到越来越大的比例。语音识别按说话人的讲话方式可分为孤立词(ISoIatedWord)识别、连接词(ConnectedWord)识别和连续语音(ContinuousSpeech)识别。孤立词识别是指说话人每次只说一个词或短语，每个词或短语在词汇表中都算作一个词条，一般用在语音拨号系统中。连接词语音识别支持一个小的语法网络，其内部形成一个状态机，可以实现语音查询、航空定票等系统。连续语音识别是指对说话人以日常自然的方式发音，通常特指用于语音录入的听写机。从识别对象的类型来看，语音识别可以分为特定人(SPeakerDePendent)语音识别和非特定人(SPeakerIndePendent)语音识别。特定人是指只针对一个用户的语音识别，非特定人那么可用于不同的用户。实际上，非特定人语音识别的初始识别率往往都比拟低，一般都要求用户花一定的时间对系统进行训练，将系统的参数进行一定的自适应调整，才能使识别率到达满意的程度。本设计采用的识别类型是特定人孤立词语音识别o本设计是语音识别在控制领域的一个很好实现，它将原本需要手工操作的工作用语音来方便地完成。本系统分上位机和下位机两大方面。上位机利用PC上MATLAB强大的数学计算能力，进行语音输入、端点监测、特征参数提取、匹配、串口控制等工作，根据识别到的不同语音通过Pe串口向下位机发送不同的指令。下位机是单片机控制的一个小车，单片机收到上位机传来的指令后，很据不同的指令控制小车完成不同的动作。该设计对语音识别的现有算法进行了验证和实现，并对端点检测和匹配算法进行了些许改良。为了更方便的进行上位机的操作，本设计用MATLAB的GUl设计了一个图形界面。上面设置了串口选择框、录音开始按钮、语音识别结果框等。下位机采用STC2C5A60S2单片机作为控制中心，采用L298专用驱动芯片搭建双桥，进行点击的正反转调速等控制。本设计到达了预期目标,实现了所期望的功能效果。第1章系统总体设计方案介绍本系统分上位机和下位机两大方面。上位机利用PC上MATLAB强大的数学计算能力，进行语音的输入、端点监测、特征参数提取、匹配、识别、串口控制等工作，根据识别到的不同语音通过PC串口向下位机发送不同的指令。下位机是单片机控制的一个小车，单片机收到上位机传来的指令后，很据不同的指令控制小车完成不同的动作。PC机和小车之间通过串口无线传输模块进行数据传输。总体框图如图1-1所示：图17系统总体框图第2章上位机设计上位负责语音的识别，并根据识别到的不同结果向下位机小车）发送不同的指令。上位机的设计基于MATLAB平台，利用MATLAB强大的数学计算能力，进行语音的输入、预处理、端点监测、特征参数提取、匹配、识别、串口控制等工作。§2.1 语音识别简介§2.1.1 语音识别开展随着时代的开展，人们越来越注重生活的品质。便捷时尚成为当代人们的追求目标。随着计算机技术、模式识别和信号处理技术及声学技术等的开展，使得能满足各种需要的语音识别系统的实现成为可能。近二三十年来，语音识别在计算机、信息处理、通信与电子系统、自动控制等领域中有着越来越广泛的应用。语音命令控制可广泛用于家电语音遥控、玩具、智能仪器及移动等便携设备中。使用语音作为人机交互的途径对于使用者来说是最自然的一种方式，同时设备的小型化也要求省略键盘以节省体积。当今，语音识别产品在人机交互应用中已经占到越来越大的比例。§2.1.2 语音识别的分类语音识别按说话人的讲话方式可分为孤立词(ISOIatedWOrd)识别、连接词(ConnectedWord)识别和连续语音(ContinuousSpeech)识别。孤立词识别是指说话人每次只说一个词或短语，每个词或短语在词汇表中都算作一个词条，一般用在语音拨号系统中。连接词语音识别支持一个小的语法网络，其内部形成一个状态机，可以实现简单的家用电器的控制，而复杂的连接词语音识别系统可以用于语音查询、航空定票等系统。连续语音识别是指对说话人以日常自然的方式发音，通常特指用于语音录入的听写机。显然，连续非特定人语音识别的难度要大得多，因为不仅有说话人口音的问题，还有协同发音、断字断句、搜索等问题，除了考虑语音的声学模型外还要涉及到语言模型，如构词法、文法等。从识别对象的类型来看