自動電梯語音控制系統(tǒng)的設(shè)計

摘 要：介紹了用新型、低成本語音識別集成電路AP7003設(shè)計的自動電梯語音控制系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：語音識別；集成電路；電梯；控制

引言

AP7003是一款新型、低成本的語音識別專用集成電路，用AP7003構(gòu)成的語音識別電路，電路結(jié)構(gòu)簡單、外圍元器件少，設(shè)計、制作、調(diào)試及操作十分容易。用AP7003設(shè)計的自動電梯語音控制系統(tǒng)，利用語音代替人工按鍵，控制電梯的自動運行，既方便了乘客，又提高了自動電梯的效率和智能化水平，進(jìn)一步體現(xiàn)了自動電梯的安全性和人性化，可提高產(chǎn)品的競爭力。

AP7003簡介

內(nèi)部功能框圖

AP7003內(nèi)置有麥克風(fēng)放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、語音處理器和I/O控制器等電路，其功能框圖如圖1所示。

引腳功能

AP7003包括AP7003-01（由CPU串行控制）和AP7003-02（由按鍵直接控制）兩種型號，經(jīng)預(yù)處理后可識別12組不同的字詞，每組1.5秒時長，可連詞或單詞識別，可控制不同的輸出開關(guān),完成指定的功能。AP7003具有高度的I/O可編程性，使用簡單方便，可廣泛應(yīng)用于智能玩具、識別控制、自動答錄等領(lǐng)域。AP7003-02為雙列直插40腳封裝，其引腳圖如圖2所示。

表1 AP7003-02引腳功能

操作過程和工作原理

語音識別電路的操作分為兩大部分，首先必須將標(biāo)準(zhǔn)字句錄入，第二步操作才是識別模式。

在需要做識別操作時，目標(biāo)字句必須已存入內(nèi)部的12個存貯區(qū)，可以用鍵盤來選擇存貯區(qū)或用適當(dāng)?shù)拿羁刂茖⒆志滗浫?，每個存貯區(qū)可以存放長達(dá)1.5秒的字句。

可用外部的麥克風(fēng)或其它媒體輸入語音或字句內(nèi)容，經(jīng)過內(nèi)部麥克風(fēng)放大器準(zhǔn)確放大之后，語音信號的內(nèi)容被A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化，內(nèi)部聲效處理器將數(shù)字化后的語音或字句里的特征進(jìn)行抽樣并存儲。

進(jìn)入語音識別操作模式后，輸入的語音被聲音處理器特征抽樣，同存儲在內(nèi)部的目標(biāo)字句的抽樣特征進(jìn)行比較，必須是剛好同所選擇的識別的目標(biāo)字匹配，結(jié)果才輸入信號至PA口使相應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光或進(jìn)行相應(yīng)的控制。

自動電梯語音控制系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)AP7003的性能和特點，我們用其設(shè)計了一個低成本的自動電梯語音控制系統(tǒng)，與自動電梯原有的按鍵控制系統(tǒng)并用，在不影響電梯原有的功能和可靠性的基礎(chǔ)上，使電梯增加語音控制功能，以方便乘客，提高自動電梯的效率和智能化水平。

自動電梯語音控制系統(tǒng)由語音提示電路和語音控制電路兩部分組成。

語音控制系統(tǒng)的功能

自動電梯語音控制系統(tǒng)具有以下功能：

1）具有語音提示功能，當(dāng)有乘客來到電梯前或進(jìn)入電梯后，可用語音提示乘客發(fā)出語音命令，控制電梯的運行。

2）能準(zhǔn)確識別“上”、“下”、“開門”、“關(guān)門”、“1樓”、“2樓”、“3樓”……等語音命令，并有相應(yīng)的控制信號輸出。

3）根據(jù)使用場合和樓層的不同，可設(shè)置不同的語音命令進(jìn)行識別。

4）安全可靠，不會影響電梯原有的功能。

當(dāng)乘客來到電梯前時，發(fā)出提示語音：“請問：您是上還是下？”回答：“上”或“下”，則相應(yīng)的指示燈即亮。

當(dāng)乘客進(jìn)入電梯中后，發(fā)出提示語音：“請問：您去幾樓？”回答：“1樓”或“2樓”等即可，相應(yīng)的指示燈也會亮起來。

在電梯中，乘客還可發(fā)出“開門”、“關(guān)門”的命令，如同按下電梯中的“開門”、“關(guān)門”按鈕一樣。

語音控制電路的結(jié)構(gòu)

語音控制電路的核心是AP7003-01或AP7003-02語音識別集成電路，外圍電路由語音輸入電路、狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制電路和輸出控制電路等組成。語音控制電路原理圖如圖4所示。

圖中，語音輸入電路由MIC、R₅、R₆、R₇、C₄和C₅等組成，狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制電路由T₁、D₁、D₂、R₁、R₂、R₃、R₄、C₁、C₂和C₃等組成，輸出控制電路由T₂～T₁₃、J₁～J₁₂和R₈～R₁₉等組成。

因AP7003只有12個輸出控制端，所以在每一個電梯間門口，需安裝一片語音控制電路，用于控制“上”和“下”兩個按鈕。在電梯內(nèi)，視樓層數(shù)的多少，需安裝一片或多片語音控制電路，用于控制“開門”、“關(guān)門”兩個按鈕和樓層按鈕。一般10層以下樓房需安裝一片，22層以下樓房需安裝兩片，34層以下樓房需安裝三片語音控制電路，......以此類推。

由于篇幅限制，語音提示電路將另文介紹。

語音控制電路的工作原理

標(biāo)準(zhǔn)語音控制命令事先可用按鍵控制由外部的麥克風(fēng)錄入或用計算機控制由其它媒體輸入，存儲在內(nèi)部的存儲器中。用按鍵控制的語音錄入可用圖3所示的電路進(jìn)行，用計算機控制的語音輸入電路不在本文介紹。

正常使用時，AP7003處于識別操作模式，乘客發(fā)出的語音命令由MIC轉(zhuǎn)換成模擬電信號送至AP7003內(nèi)部，經(jīng)MIC放大器放大，A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字化，輸入的語音被聲音處理器特征抽樣，同存貯在內(nèi)部的目標(biāo)字句的抽樣特征進(jìn)行比較，必須是剛好同所選擇的識別的目標(biāo)字匹配，結(jié)果才輸出信號至相應(yīng)的PA口（POA1～POA12）。因POSL端接高電平，所以相應(yīng)的PA口輸出為高電平，晶體管T₂～T₁₃中相應(yīng)的一個導(dǎo)通，繼電器J₁～J₁₂中相應(yīng)的一個觸點閉合，電梯控制面板上相應(yīng)的指示燈亮，相當(dāng)于按下了某一按鍵。此時，由于LED2端由高電平變?yōu)榈碗娖?，晶體管T₁導(dǎo)通，PORES端變?yōu)楦唠娖?，PA口復(fù)位為低電平，等待下一命令的輸入。

經(jīng)過多次試驗，語音識別電路的識別率大于80%，即使識別錯誤，也不會對電梯的安全運行有任何影響。

結(jié)語

目前高層建筑安裝自動電梯的越來越多，醫(yī)院、賓館等公共場合的自動電梯也越來越多，采用語音控制系統(tǒng)的自動電梯具有很大的市場潛力。目前國內(nèi)外未見自動電梯語音控制系統(tǒng)投入使用，用AP7003設(shè)計的自動電梯語音控制系統(tǒng)可以為電梯生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品升級換代，提高產(chǎn)品的競爭力，也可以對現(xiàn)有的正在運行的自動電梯進(jìn)行改造，因而具有較大的應(yīng)用價值。