語音控制家用電器系統(tǒng)電路設計 —電路圖天天讀（67）

　　智能電子技術在現實生活中的智能家居電子產品中得到廣泛應用。特別是計算機技術、網絡通信技術、信息控制技術的迅猛發(fā)展與提高，促使家庭實現了生活現代化，居住環(huán)境舒適化、安全化。智能家電通過處理電子技術， 來集成或控制家中的電子電器產品，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家電相比， 智能家電不僅具有傳統(tǒng)的家電功能， 還能根據人們的語音指揮， 由原來的被動靜止結構轉變?yōu)榫哂兄鲃幼R別語音執(zhí)行的智慧工具， 優(yōu)化人們的生活方式， 幫助人們有效安排時間， 增強家居生活的安全性、舒適性。本文通過對傳統(tǒng)的家庭照明系統(tǒng)、電扇和電視機進行改造， 使其成為具語音識別功能的智能家電，由于條件限制此次設計的智能控制系統(tǒng)由驅動LED顯示來進行仿真實現。

　　語音模塊

　　語音輸出電路如圖所示，其中VDDH為參考電壓，VSS是系統(tǒng)的模擬地。音頻信號由SPCE061A 的DAC引腳輸出送到電路的J4端，通過音量電位器R9的調節(jié)端送到集成音頻功率放大器SPY0030，經音頻放大后，音頻信號從SPY0030輸出經J2 端口外接揚聲器播放聲音。 SPCE061A內置2路10位精度的DAC，只需要外接功放電路即可完成語音的播放。圖中的SPY0030是凌陽的一款音頻放大芯片，可以工作在2.4~6V范圍內，最大輸出功率可達700mW。 J5 都是語音輸出接口，；是兩針的插針外接喇叭，由DAC 輸出引腳經語音集成。

　　放大器SPY0030 放大，然后輸出。SPY0030 是音頻功率放大器。因為聲音是不同振幅和不同頻率的波，即交流信號電流，三極管的集電極電流永遠是基極電流的β倍，β是三極管的交流放大倍數，應用這一點，若將小信號注入基極，則集電極流過的電流會等于基極電流的β倍，然后將這個信號用隔直電容隔離出來，就得到了電流（或電壓）是原先的β倍的大信號，這現象稱為三極管的放大作用。經過電流與電壓的共同放大，就完成了功率放大。R14為可調電阻，當調節(jié)阻值大小事，即調節(jié)了基極的輸入信號，最終影響的就是輸出信號即語音輸出音量的大小。SPY0030的放大倍數固定為20倍。

　　語音輸入電路如圖所示，其中VMC提供傳聲器的電源，AVSS1是系統(tǒng)的模擬地，VCM為參考電壓，1腳和2腳分別是傳聲器X1的正極、負極的輸入引腳，連接SPCE061A的MICP、NICN管腳上。當對著傳聲器講話時，1腳和2腳將隨著傳聲器輸入的聲音產生變化的波形，并在SPCE061A的兩個端口處形成兩路反相的波形，送到SPCE061A控制器內部的運算放大器進行音頻放大，經過放大的音頻信號，通過ADC轉化器轉化為數字量，保存到相應的寄存器中。 SPCE061A的A/D轉換器有8個通道，其中有1個通道是MIC-NI輸入，它專門用于對語音信號進行采樣。語音信號經過MCI轉換成電信號，然后輸入至SPCE061A內部前置放大器。由于人們說話時，麥克風距離嘴邊的距離不同，語音信號的能量將會有很大的差異，此時，如果芯片的的輸入信號太大或是太小都將影響識別的精度。而SPCE06lA內部就帶有自動增益控制電路AGC能隨時跟蹤、監(jiān)視前置放大器輸出的音頻信號電平，當輸入信號增大時AGC電路自動減小放大器的增益；當輸入信號減小時，AGC電路自動增大放大器的增益，從而以補償太小或是太大的信號，以便使進入戶A/D的信號保持在最佳電平，又可使削波減至最小。 SPCE061A芯片中已經集成了音頻輸入專用ADC以及AGC放大電路，因為此芯片外部的電路比較簡單。

　　MICP和MICN將隨著MIC產生的波形變化，并在兩個端口處形成兩路反相波形，在經過兩級運放放大，把放大的語音信號交給ADC轉換為數字量，這時就可以通過單片機編程對這些數據進行處理，進行語音處理識別等功能。 正如我們在前面介紹的61 板具有強大的語音處理功能，如圖3-8所示，X1 是語音的MIC 輸入端，帶自動增益（AGC）控制。

　　SPR4096外擴Flash模塊

　　在本系統(tǒng)中，當我們對系統(tǒng)進行訓練、識別、操作時，有一些語音提示，由于SPCE061A內部只有32k字的flash空間，除了一部分空間作為程序的存儲之后，剩下的用來存儲語音數據時遠遠不夠的，于是系統(tǒng)外擴了flash。SPR4096與SPCE061A的連接方式為：SCK與SPCE061A的IOB0接，SDA與SPCE061A的IOB1口接。SPR4096按串行接口模式工作，要把CF2~CF0均接高電平。CF7為低電平時選中FLASH，高電平時選中SRAM。 SPR4096是一個高性能的4M-bit（512&TImes;8-bit）FLASH，分為256個扇區(qū)。每個扇區(qū)2Kbyte。SPR4096還內置了以個4K&TImes;8bit的SRAM。在進行FLASH的編程/擦除時，可以并發(fā)執(zhí)行SRAM的讀/寫。SPR4096內置了一個總線存儲器接口和一個串行接口，它允許單片機通過8-bit并行模式或者1-bit的串行模式訪問FLASH/SRAM存儲區(qū)。 SPR4096串行接口的工作頻率可達到5MHz。SPR4096有兩個電源輸入端VDDI和VDDQ。VDDI是給內部FLASH和控制邏輯供電的；VDDQ是專門為I/O供電的。

　　供電電壓VDDQ:2.25V~3.6V。SPR4096最大讀電流為2mA，最大編程/擦除電流為6 mA 。SPR4096模塊包括總線存儲接口，串行接口，SRAM，編程與擦除控制器和一個4M的FLASH。選擇串行接口時，SCLK作為時鐘信號線，SDA作為1-bit的數據線。如果接收到FLASH的讀指令或者SRAM的讀/寫指令，串口會把這些指令傳給編程和擦除控制器，讓編程和擦除控制器去完成相應操作。 串行接口模式的選中是通過CF2~CF0來實現的。當CF2~CF0均接高電平時，選中的就是串行接口模式，在串行接口模式下，CF7為低電平時選中FLASH，高電平時選中SRAM。該芯片有SIF（Serial Interface）和BMI（Busmenory Interface）兩種工作方式，但DIP24只支持SIF方式。
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　　系統(tǒng)電源電路設計

　　SPCE061A采用低電壓供電方式，這可以大大降低芯片的功率損耗。其中，SPCE06lA的電源分兩種，即內核電源（VDD）和I/O口電源（VDDH）。I/O口電源采用5V電壓，而內核電源則為3.3V或者更低。降低芯片內核電壓的目的主要還是降低芯片的功耗，同時也可以降低芯片的工作溫度，延長芯片使用壽命。盡管這種語音芯片的工作電壓范圍很大，但是為了使芯片內核運行更加穩(wěn)定，同時又保證I/O口及外部擴展部件的工作電壓要求，電源電路采用芯片7805和SPY0029分別提供5V和3.3V電壓完成對整個系統(tǒng)供電。 7805芯片電路中正常工作是，輸入、輸出電壓差為2～3V。電路中靠近引腳處接入電容C40、C41用來實現頻率補償，防止穩(wěn)壓器產生高頻自激震蕩和抑制電路引入的高頻干擾，C39是電解電容，以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。

　　6是保護二級管，當輸入端短路時，給輸出電容器C39一個放電通路，防止C39兩端電壓作用于調整管的be結，造成調整管be結擊穿而損壞。

　　控制與結果顯示電路

　　鍵盤模組可直接用排線與61單片機I/O口相連。1*8KEY 的8 列分別定義為COL1~COL8，1 行定義為ROW1。如圖3-11所示。 按鍵分別和SPCE061A的IOA0~IOA7相連，他們的作用分別為1個系統(tǒng)開關鍵，1個系統(tǒng)復位鍵，1個單個命令訓練按鍵，1個所有語句循環(huán)訓練按鍵，剩余4個初步設定為LCD功能控制按鍵。每個按鍵的按下與抬起都會送給IOA口一個電壓值，當按鍵按下使相應的IOA口得到一個高電壓。相反，則為低電壓。單片機則根據IO口的電壓值進行相應的操作。

　　LED模組

　　利用LED顯示來測試是否達到控制電器目標。利用數碼管顯示數字的不同來模擬驗證是否能達到對家用電器的控制。 LED和LCD電路作為系統(tǒng)的顯示部分，以顯示當前的系統(tǒng)狀況及識別結果以便檢驗實驗結果和提示用戶進行下一步操作。LCD部分在實驗階段可不接入。 計劃采用內置SPLC0501點陣式圖形液晶顯示模塊由液晶驅動控制器SPLC501、LCD顯示器和外部設備的接口等幾部分組成，液晶驅動控制器SPLC501集行、列驅動器、顯示數據存儲器（DDRAM，Display Data RAM）和控制器與一體，廣泛用于小規(guī)模液晶顯示模塊。內置SPLC501點陣式圖形液晶顯示模塊的管腳排列和SPEC061A接線方法如圖所示。

電子發(fā)燒友網技術編輯點評分析：

　　雖然實現了語音控制家用電器，但是總的來說系統(tǒng)界面不是很友好。為此，我們可以充分利用計算機和通信技術，并用VB等軟件開發(fā)友好的管理界面，將數據和其他信息通過計算機統(tǒng)一進行管理和控制。 隨著經濟的發(fā)展，人們物質文化需求日益增長，智能家居系統(tǒng)必將受到人們的青睞。它能大大提高人們的生活品質，為人們帶來高度智能化的生活。相信這種界面友好功能強大的單片機系統(tǒng)會有廣闊的應用和發(fā)展前景。
大家如有問題，歡迎在評論處討論。

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