基于PSTN的智能家居远程语音控制系统设计

摘要：结合语音识别技术、嵌入式技术设计了智能家居语音控制系统，根据智能家居控制的特点以及人机自然交互的理念，设计了一种利用S3C2410设计的智能家居语音控制器，给出了整体设计框图、硬件电路的各部分具体构成以及相应的软件设计思想。该方案设计并研制出的语音控制器具有成本低，且既能进行本地控制又能通过PSTN实现远程控制的特点。实验表明，该语音控制系统的语音识别效率高，可靠性强。
关键词：远程控制；语音识别；PSTN；MFCC；HMM

0 引言
随着科技的发展，越来越多的智能家居产品进入人们的家庭，如何对它们进行简单、有效的控制是摆在人们面前的一个难题。另一方面，人们渴望用电话在需要时远程控制各种家电以方便生活之需。目前，针对智能家居的远程控制往往采用类似于计算机网络的分层体系结构，成本较高。由于家电控制网络传送的信息量是很少的，不必像计算机网络那样进行分层设计，故结合语音识别技术、PSTN(公共交换电话网)等实现了智能家居的本地及远程控制。

1 整体方案设计
目前，常用的语音识别方法有DTW(动态时间规整)、HMM(隐马尔科夫模型)、VQ(矢量量化)和人工神经网络，考虑到数据量、实时性、识别率及控制人为多数的问题，采用了VQ和HMM相结合的方式。
语音控制系统主要有预处理、特征提取、语音识别及控制程序组成，其原理框图如图1所示，图1中码书是输入矢量的近似矢量的集合。

当前控制技术正从传统控制向现场总线控制以及网络控制跨越，RS 485是现场总线中使用较广泛的一种，本文结合语音识别技术、嵌入式技术和现场总线技术，采用ARM(三星公司生产的S3C2410)作为语音控制器的处理器，设计了智能家居语音控制系统，其系统框图如图2所示。

2 硬件设计
硬件部分包括预处理模块设计、振铃检测电路、总线接口设计以及电器控制电路设计。其中，预处理模块包括功率放大电路、自增益控制电路(AGC)、低通滤波器和A／D变换电路。
预处理包括自增益控制电路、低通滤波器及A／D变换电路。自增益控制电路是为了把输入的语音信号控制在一定的幅度内，低通滤波器是为了滤除高频(大于滤波器截止频率)噪声。自增益控制电路采用M51304L芯片实现；低通滤波器采用4节巴特沃思型低通滤波器，其截止频率为4．8 kHz；预加重电路采用集成运算放大器来实现。A／D变换电路采用UDA1341芯片，采样频率设置为8 kHz，通过S3C2410的IIS接口与处理器相连。
2．1 振铃检测电路设计
如图3所示，电铃检测信号通过C8，D1，R3～R5和C9共同构成的整形电路整形后输入光电耦合器TLP521，在光耦的后端转化为TTL电平，然后送到ARM的UART1的RXD端进行检测。