基于stm32的语音开关开发及调试用试验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型的基于STM32的语音开关开发及调试用试验装置包括STM32芯片，还包括与STM32芯片相连接的按键单元、显示单元和语音输入单元，所述语音输入单元包括MIC和MIC放大器，在STM32芯片的输出管脚连接有用于指示输出管脚状态的LED灯，与LED灯管脚并联有输出PIN针，PIN针可连接外部设备实现语音控制。有益效果在于可以方便地用于基于STM32的语音开关系统开发，特别应用于算法、软件试验以及设备控制调试等。该装置同时可以实现在低速嵌入式系统上的语音开关识别系统，从而降低语音开关芯片的价格，且方便携带，因此可以应用到不同的场合。
【专利说明】基于STM32的语音开关开发及调试用试验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及基于STM32芯片的语音识别系统开发技术，具体涉及一种基于STM32的语音开关的开发及调试用的试验装置。
【背景技术】
[0002]在语音识别领域，目前大多数语音识别系统的关键技术都是基于HMM模型而开发的，HMM是一种统计模型，模型参数的估计需要大量的训练数据，而且训练过程计算量大，耗时长，运算起来极为复杂，在一般的硬件下根本不可能运行。上述HMM模型除了 PC机、DSP和FPGA等一些专门用于处理数字信号的芯片及各种语音芯片外几乎不能在一般的硬件上实现，导致基于上述模型开发的语音系统昂贵。目前也有部分语音系统使用非数字信号芯片作为语音识别芯片，虽在成本上比起语音专用芯片便宜很多，但在硬件上大部分是在PC系统完成码本训练和语音模板的训练，嵌入式系统只完成语音识别部分；或者直接使用语音芯片，嵌入式系统仅仅做控制使用。
[0003]STM32低速嵌入式芯片因其价格低廉、性能优越而得到广泛应用。目前已有研究者在探索将价格低廉的STM32低速嵌入式芯片应用于语音识别领域，特别应用于语音识别开关等孤立词识别技术。但是目前缺少供给上述研究的硬件试验平台。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是为了解决目前在研究将价格低廉的STM32低速嵌入式芯片应用于语音开关等领域的研究活动中没有专用试验平台的不足，提出了一种基于STM32的语音开关开发及调试用试验装置。
[0005]本实用新型的技术方案为:基于STM32的语音开关开发及调试用试验装置，包括STM32芯片，其特征在于，还包括与STM32芯片相连接的按键单元、显示单元和语音输入单元，所述语音输入单元包括MIC和MIC放大器，在STM32芯片的输出管脚连接有用于指示输出管脚状态的LED灯，与LED灯管脚并联有输出PIN针，PIN针可连接外部设备实现语音控制。
[0006]进一步的，上述试验装置还包括与STM32芯片相连接的SD卡槽，用于连接外部存储用SD卡。
[0007]进一步的,上述试验装置还包括USB供电接口。
[0008]进一步的，上述试验装置包括用于提供电能的锂电池。
[0009]进一步的，所述LED灯为贴片LED灯。
[0010]进一步的，所述MIC放大器型号为MAX9814。
[0011]进一步的，上述试验装置还包括电源开关和LED电源指示灯。
[0012]本实用新型的有益效果:本实用新型的基于STM32的语音开关开发及调试用试验装置可以方便地用于基于STM32的语音开关系统开发，特别应用于算法、软件试验以及设备控制调试等。该装置同时可以实现在低速嵌入式系统上的语音开关识别系统，从而降低语音开关芯片的价格，且方便携带，因此可以应用到不同的场合。无需用PC机、数字信号处理芯片或者语音芯片来实现语音识别，只需利用STM32这种低速嵌入式系统，即可完成语音识别的整个过程，由于考虑到此语音开关可以应用到其他的临时场合，直接将语音开关的灯的两个引脚引出，连接到需要的地方，因此对整套语音开关设备配备有锂电池，可充电，携带方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型的试验装置的系统结构示意图；
[0014]图2为本实用新型具体实施例中提供的语音识别控制开关软件架构图示。
【具体实施方式】
[0015]本实用新型的以下实施例是根据本实用新型的原理而设计，下面结合附图和具体的实施例对本实用新型作进一步的阐述。 [0016]如图1所示，本实施例的基于STM32的语音开关开发及调试用试验装置，包括STM32芯片以及与STM32芯片相连接的按键单元、显示单元和语音输入单元，所述语音输入单元包括MIC和MIC放大器，在STM32芯片的输出管脚连接有用于指示输出管脚状态的LED灯，与LED灯管脚并联有输出PIN针，PIN针可连接外部设备实现语音控制。由于语音训练样本占用存储空间通常较大，本实施例的试验装置进一步设置了与STM32芯片相连接的SD卡槽，用于连接外部存储用SD卡。由于装置试验通常是测试算法及软件，因此装置优选采用USB供电，在装置上直接设置USB供电接口；并且，通过使用USB-mini接口来实现电脑对SD内数据的访问。考虑到装置在完成软件开发后可能用于控制试验，为了满足控制实验移动性的要求，上述试验装置包括用于提供电能的锂电池。本实施例的装置采用印刷电路板制作，因此LED灯优选为贴片LED灯。所述MIC放大器型号为MAX9814。上述试验装置还包括电源开关和LED电源指示灯。
[0017]具体的，上述实施例的核心芯片使用低功耗高性能的ARM?CortexT<_-M3 32位的
RISC内核——STM32F103ZET6 (以下简称ZET6)，工作频率为72MHz，内置高速存储器(高达512K字节的闪存和64K字节的SRAM)，丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。所有型号的器件都包含3个12位的ADC、4个通用16位定时器和2个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口:多达2个I2C接口、3个SPI接口、2个I2S接口、I个SDIO接口、5个USART接口、一个USB接口和一个CAN接口。
[0018]语音信号放大器采用MAX9814，MAX9814的输出信号引脚MICOUT接ZET6的PA1，然后ZET6中进行AD转换。MAX9814是一款低成本、高性能麦克风放大器，具有自动增益控制(AGC)和低噪声麦克风偏置。器件具有低噪声前端放大器、可变增益放大器(VGA)、输出放大器、麦克风偏置电压发生器和AGC控制电路。
[0019]MAX9814内置低噪声放大器、带有自动增益控制的可变增益放大器(VGA)、输出放大器以及麦克风偏压发生器。低噪声前置放大器的增益固定在12dB，同时VGA具有OdB至20dB的动态增益，而输出放大器的增益为8dB、18dB和28dB。在无压状态下，所有增益模块的总增益为40dB、50dB和60dB。MAX9814还包括启动/保持以及释放时间控制电路，可将MICOUT引脚限制到设定的电压上。[0020]MAX9814的AGC对增益进行控制，首先检测输出电压是否超过预设门限。随后，通过时间常数降低麦克风放大增益，以修正过大的输出电压幅值。当输入信号幅值降低后，增益在很短的时间内保持衰减状态，随后输出信号值缓慢增加到正常值。
[0021]将放大的语音经ZET6进行AD转换，预处理，并存储至SD卡中，再由SD卡中读取数据，进行语音特征提取，并与模板进行匹配，最终识别语音，并用流水灯进行结果显示。
[0022]为了便于理解本实用新型的原理，以下进一步提供软件部分软件设计参考思路:语音开关控制软件总共有6个部分，如图2所示。他们分别是:任务线程、预处理、录音、识另O、按键设置、结果显示。其中任务线程是建立所需要的任务；预处理是对语音进行分帧及端点检测，以便后续对语音进行特征提取及匹配识别；录音部分主要是对语音进行录音，以及AD转换存储至SD卡内；识别部分主要是将待识别语音与模板语音进行匹配找出待识别语音与模板语音中哪个最相近，得到了结果；按键设置，通过外部中断对系统线程进行切换；结果显示部分是将识别的结果通过流水灯进行显示。
[0023](I)任务线程创建
[0024]建立任务线程时，先要进行统计任务及存储器初始化，挂载磁盘，打开文件，检测“开”“关”的一系列文件是否存在，若存在，则指示灯亮，关闭文件；若不存在，则退出循环。创建消息邮箱，同时创建任务创建任务:录音采样、语音识别、按键扫描、状态灯控制、运算结果灯控制、电源控制。
[0025](2)录音任务
[0026]录音任务过程从初始化WAV文件开始，挂起录音任务和语音识别任务，然后判断KO(Kl)是否被按下，若判断结果为是则设置录音文件名，开始录音并创建“开(关)”的录音文件进入下一步，若判断结果为否则直接进入下一步。判断8次开(关)”是否注册完毕，若判断为是，则将标志位归零，恢复指示灯任务，提取8次“开”数据后分别进行端点检测，将之提取特征并存入矩阵，然后对特征矩阵每列求和取平均，并存入该矩阵第一行。完成上述操作后关闭文件和状态指示，进入下一步。判断8次开(关)”是否注册完毕结果若判断为否则直接进入下一步。继续判断是否8次“开” “关”分别注册完毕，此时若判断为是，则打开识别状态灯，并关掉注册“开” “关”的指示灯，然后恢复语音识别任务。若判断结果为否，则关闭识别状态灯，关闭注册注册“开”“关”的指示灯，然后然后恢复语音识别任务。完成上述操作后，回到挂起录音任务。
[0027](3)语音识别
[0028]识别键被按下，则进入语音识别任务，先录音，进行端点检测，然后打开文件，读取“开”的特征值，和读取“关”的特征值再提取要识别的语音的特征，将该语音与“开” “关”的模板进行对比匹配，求得待识别语音与模板语音“开” “关”的近似度，若待识别语音近似度与“开”近似，则灯亮；若待识别语音近似度与“关”近似，则灯灭。
[0029]⑷按键扫描
[0030]外部中断进入按键扫描任务，判断KO键是否被按下，如果是，先判断前一刻是否为松开状态，延时一段时间再判断KO键是否被按下，这一步是为了消抖，若KO键仍处按下状态，则存储按键状态；若KO键被松开，则判断前一刻是否为按下状态，同样做消抖处理，再判断KO键是否被松开，若是，则存储按键状态，若不是，则返回继续判断Kl键是否被按下，重复KO键扫描步骤，再判断识别键是否被按下，同样按照KO键步骤扫描。这样实现了KO、KU识别键的扫描，然后再判断按键是否有变化，若不是，则回去继续检测Κ0/Κ1/识别键是否被按下；若是则状态标志清零，继而判断是哪个键发生变化，如果是Κ0/Κ1键发生变化，则激活录音任务；若是识别键发生变化，则激活语音识别任务。
[0031]语音开关系统中使用MIKI进行语音的采集，将采集到的语音通过ΜΑΧ9814进行放大，最后输出到STM32中进行语音处理。考虑到语音识别开关可能应用到不同的场合，可以一个开关起到多个地方的应用，从而对该语音识别开关添加一个锂电池作为一个辅助电源，方便语音开关的携带。
[0032]本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.基于STM32的语音开关开发及调试用试验装置，包括STM32芯片，其特征在于，还包括与STM32芯片相连接的按键单元、显示单元和语音输入单元，所述语音输入单元包括MIC和MIC放大器，在STM32芯片的输出管脚连接有用于指示输出管脚状态的LED灯，与LED灯管脚并联有输出PIN针，PIN针可连接外部设备实现语音控制。
2.根据权利要求1所述的基于STM32的语音开关开发及调试用试验装置，其特征在于，试验装置还包括与STM32芯片相连接的SD卡槽，用于连接外部存储用SD卡。
3.根据权利要求1或2所述的基于STM32的语音开关开发及调试用试验装置，其特征在于，试验装置还包括USB供电接口。
4.根据权利要求3所述的基于STM32的语音开关开发及调试用试验装置，其特征在于，试验装置包括用于提供电能的锂电池。
5.根据权利要求4所述的基于STM32的语音开关开发及调试用试验装置，其特征在于，所述LED灯为贴片LED灯。
6.根据权利要求5所述的基于STM32的语音开关开发及调试用试验装置，其特征在于，所述MIC放大器型号为MAX9814。
7.根据权利要求4至6之任一项权利要求所述的基于STM32的语音开关开发及调试用试验装置，其特征在于，试验装置还包括电源开关和LED电源指示灯。
【文档编号】G06F9/44GK203773939SQ201420198911
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2014年4月23日
【发明者】李丽, 殷业, 刘传勇, 刘芳萍 申请人:上海师范大学