自動(dòng)化外文文獻(xiàn)翻譯-語音電子密碼鎖的設(shè)計(jì)【中文2970字】 【中
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語音電子密碼鎖的設(shè)計(jì)
摘要:
本設(shè)計(jì)是采用語音識(shí)別技術(shù)加鍵盤控制輸入,在凌陽SPCE061A單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)的一種語音電子密碼鎖認(rèn)證系統(tǒng)。語音識(shí)別并配合電子密碼鎖的普通鎖具功能,實(shí)現(xiàn)雙重安全保障作用。該密碼鎖安全、有效、可靠,而且具有語音識(shí)別、密碼預(yù)置、保密性強(qiáng)誤碼提示等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:SPCE061A;語音識(shí)別;電子密碼鎖;FLASH
1 引言
隨著人們生活水平的提高和安全意識(shí)的加強(qiáng),鎖具系統(tǒng)的安全性變得至關(guān)重要,于是出現(xiàn)了密碼鎖磁性鎖、電子鎖、激光鎖、聲控鎖等等鎖具,它們是在傳統(tǒng)鑰匙的基礎(chǔ)上,利用一或多組密碼,不同聲音不同磁場(chǎng),不同聲波,不同光束光波,不同圖像(如指紋、眼底視網(wǎng)膜等)等來控制鎖的開啟。本文采用語音識(shí)別技術(shù)和鍵盤控制輸入相結(jié)合,在凌陽SPCE061A單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)一種語音電子密碼鎖認(rèn)證系統(tǒng)。
2 語音電子密碼鎖的系統(tǒng)功能
本系統(tǒng)主要由凌陽SPCE061A單片機(jī)、MIC輸入電路、語音輸出電路、4×4鍵盤、6位七段LED顯示、輸出控制及FLASH存儲(chǔ)器組成。系統(tǒng)主要的功能是:在訓(xùn)練時(shí),說話人的聲音通過麥克風(fēng)進(jìn)入說話人語音信號(hào)采集前端電路,由語音信號(hào)處理電路對(duì)采集的語音信號(hào)進(jìn)行特征化和語音處理,提取說話人的個(gè)性特征參數(shù)并進(jìn)行存儲(chǔ),形成說話人特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫。在識(shí)別時(shí),將待識(shí)別語音與說話人特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配,完成語音識(shí)別以及鍵盤的控制,實(shí)現(xiàn)激活或解除鎖具,最終完成開鎖。系統(tǒng)是依靠硬件和軟件地密切配合,由凌陽SPCE061A單片機(jī)的靈活控制實(shí)現(xiàn)的。語音輸入由于受到外部環(huán)境的干擾,有可能出現(xiàn)錯(cuò)誤,但通過多次的訓(xùn)練可以使語音對(duì)比和識(shí)別有很大的提高。
3 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用具有內(nèi)核的凌陽SPCE061A單片機(jī),該芯片內(nèi)有ADC、DAC、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、RAM、FLASH等器件,加上適當(dāng)?shù)耐鈬娐放c配套的凌陽公司的集成開發(fā)環(huán)境,可以很方便地完成硬件設(shè)計(jì)和軟件編程,從而實(shí)現(xiàn)上述功能。語音電子密碼鎖系統(tǒng)的核心是說話人識(shí)別模塊。SPCE061A是凌陽公司開發(fā)的一種性價(jià)比非常高的16位單片機(jī),內(nèi)嵌2K字的SRAM和32K字的FLASH,具有32位可編程的多功能I/O端口;包含有7通道1O位通用A/D轉(zhuǎn)換器、內(nèi)置麥克風(fēng)放大器、自動(dòng)增益控制AGC功能的單通道聲音A/D轉(zhuǎn)換器,以及具有音頻輸出功能的雙通道1O位D/A轉(zhuǎn)換器;在2.6V~3.6V工作電壓范圍內(nèi),工作頻率范圍為0.32MHz~49.152Mhz,較高的處理速度使其能夠非常容易、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào);中斷系統(tǒng)支持1O個(gè)中斷向量以及l(fā)4個(gè)可來自系統(tǒng)時(shí)鐘、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、時(shí)間基準(zhǔn)發(fā)生器、外部中斷、鍵喚醒、通用異步串行通信及軟件中斷的中斷源,非常適合實(shí)時(shí)應(yīng)用領(lǐng)域;U’nSPTM的指令系統(tǒng)還提供具有較高運(yùn)算速度的16位×16位的乘法運(yùn)算指令和內(nèi)積運(yùn)算指令,為其應(yīng)用增添了DSP功能,在復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理方面既非常便利,又比專用的DSP芯片便宜得多。
3.1 語音輸人電路
SPCE061A內(nèi)置8通道1O位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器,其中7個(gè)通道用于將模擬信號(hào)(例如電壓信號(hào))轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào),1個(gè)通道只用于語音輸入,即通過內(nèi)置自動(dòng)增益控制放大器的麥克風(fēng)通道(MIC—IN)輸入。因此,可以直接將語音信號(hào)送給此輸入通道,完成8kHz語音信號(hào)的采集、編碼并存儲(chǔ)到片外FLASH中,簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。
3.2 音頻輸出電路
凌陽SPCE061A單片機(jī)具有音頻輸出功能的雙通道1O位D/A轉(zhuǎn)換器可 以完成用戶訓(xùn)練、識(shí)別等各種操作的語音提示。SPCE061A提供的音頻輸出方式為雙通道DAC方式,在此方式下,DAC1和DAC2轉(zhuǎn)換輸出的模擬量電流信號(hào)分別通過AUD1和AUD2引腳輸出,輸入的字量分別寫入P—DAC1(寫)(0x7017)和P—DAC2(寫)(0x7016)單元。
3.3 六位七段數(shù)碼管顯示電路
LED顯示器中每個(gè)發(fā)光二極管要通過5~20mA電流才能達(dá)到正常亮度,而SPCEO61A的IO口輸出電流可達(dá)到5mA,不用驅(qū)動(dòng)電路即可達(dá)到正常亮度。系統(tǒng)為了滿足可靠性設(shè)計(jì),采用晶體管構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路。整個(gè)顯示過程中采用動(dòng)態(tài)顯示,即六位顯示器逐一輪流顯示,每位持續(xù)lms或10ms循環(huán)一遍,也可以適當(dāng)進(jìn)行更改,但刷新速度不要小于每秒三十幀,這樣,由于視覺暫留現(xiàn)象,看到的便是六位七段LED顯示器同時(shí)顯示。
3.4 矩陣式鍵盤掃描電路
按鍵輸入部分共有數(shù)字鍵、密碼設(shè)定鍵、密碼顯示鍵、確認(rèn)鍵和密碼清除鍵等16個(gè)按鍵,用于密碼輸入和功能按鍵的實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)采用具有鍵喚醒功能的IO的低8位IOA0--~IOA7接4×4鍵盤作為控制輸入部分,從而可以合理利用硬件資源,且編程靈活。識(shí)別鍵盤有無鍵被按下的方法是:讓所有列線均為低電平,檢查各行線電平是否有高電平,如果有則說明有鍵被按下;如果沒有,則說明無鍵被按下(實(shí)際編程時(shí)應(yīng)考慮按鍵抖動(dòng)的影響,通??偸遣捎密浖訒r(shí)的方法進(jìn)行消抖處理)。識(shí)別具體按鍵的方法采用掃描法:逐個(gè)列置零電平,并檢查各行線電平的變化,如果某行電平由低電平變?yōu)楦唠娖剑瑒t可確定此行此列交叉點(diǎn)處按鍵被按下。
3.5 外部FLASH擴(kuò)展電路
SPCEO61A片內(nèi)的FLASH存儲(chǔ)器只有32K,在播放大量語音資源時(shí)需要外擴(kuò)存儲(chǔ)器。本設(shè)計(jì)使用凌陽科技公司的SPR4096作為外擴(kuò)存儲(chǔ)器,與SPCE061A結(jié)合播放語音。在使用SPR4096時(shí),采用ResWriter對(duì)SPR4096進(jìn)行讀寫操作,用于存儲(chǔ)說話人的個(gè)性特征參數(shù)參考模板。
3.6 電鎖的激活與解除
SPCE061A單片機(jī)完成識(shí)別和顯示后,驅(qū)動(dòng)電磁執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)開鎖功能,并檢測(cè)其驅(qū)動(dòng)電流值、接收傳感器送來的報(bào)警信號(hào)、發(fā)送數(shù)據(jù)等。單片機(jī)接收鍵入的代碼,并與存貯在FLASH中的密碼進(jìn)行比較,如果密碼正確,則驅(qū)動(dòng)電磁執(zhí)行器開鎖;如果密碼不正確,則允許操作人員重新輸入密碼,最多可輸入三次;如果三次都不正確,則單片機(jī)通過通信線路向智能監(jiān)控器報(bào)警。單片機(jī)將每次開鎖操作和此時(shí)電磁執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)電流值作為狀態(tài)信息發(fā)送給智能監(jiān)控器,同時(shí)將接收的來自傳感器接口的報(bào)警信息也發(fā)送給智能監(jiān)控器,作為智能化分析的依據(jù)。在發(fā)送端,電子鎖具通過脈沖變壓器T將調(diào)制好的數(shù)據(jù)信號(hào)升壓后發(fā)送出去;在接收端,脈沖變壓器T將接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)降壓后送解調(diào)器,以減少載波信號(hào)在傳輸過程中的損耗。為了減少通信和供電之間的相互干擾,對(duì)扼流圈L、耦合電容C的選擇要綜合考慮,設(shè)載波頻率f0—400kHz,為了保證絕大部分信號(hào)能量傳輸?shù)浇邮斩?,取L一33.7H,C1—0.047~F。電流監(jiān)視功能是為了防止通信線路的人為破壞和電磁執(zhí)行器因某種原因造成流過電磁線圈的電流過大而燒毀線圈。電流監(jiān)視器采用MAXIM公司生產(chǎn)的電流/電壓轉(zhuǎn)換芯片MAX471。該芯片能將被測(cè)電流I轉(zhuǎn)化成對(duì)地輸出電壓U,且有測(cè)量范圍大、精度高、輸出電壓U和被測(cè)電流I成正比等特點(diǎn)。電流監(jiān)視器輸出電壓送達(dá)A/D轉(zhuǎn)換器,單片辨識(shí)器初始化機(jī)通過讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果,獲知線路中電流的變化情況,通過分析及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常,發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
SPCE061A的開發(fā)可通過在線調(diào)試器PROBE來實(shí)現(xiàn)。它利用了SPCE061內(nèi)置的在線仿真電路ICE(In—Circuit Emulator)和凌陽公司的在線串行編程技術(shù)。PROBE可工作于凌陽IDE集成開發(fā)環(huán)境軟件 nSP(tm)下,具有編輯、編譯、鏈接、調(diào)試以及仿真等功能。利用IDE友好的交互界面、下拉菜單、快捷鍵和快速訪問命令列表可以使用戶的編程、調(diào)試工作更加方便和高效。此外,IDE的軟件仿真功能可以在不連接仿真板的情況下模擬硬件的各項(xiàng)功能來調(diào)試程序。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí),在主函數(shù)中調(diào)用相關(guān)函數(shù)完成特定人語音的訓(xùn)練,訓(xùn)練成功后再進(jìn)行語音識(shí)別,根據(jù)識(shí)別的命令執(zhí)行鍵盤控制操作,根據(jù)各功能鍵的不同,執(zhí)行相應(yīng)的程序,完成對(duì)密碼的修改、設(shè)置、對(duì)比、顯示等功能。
5 結(jié)論
本系統(tǒng)采用SPCE061A16位單片機(jī)構(gòu)成嵌入式語音處理與控制系統(tǒng),操作簡(jiǎn)單,易于使用,但語音識(shí)別能力尚有待提高。電子密碼鎖技術(shù)發(fā)展至今,已廣泛應(yīng)用于財(cái)產(chǎn)安全防范要求較高的領(lǐng)域隨著信息技術(shù)和和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,語音電子密碼鎖技術(shù)必將有更大的發(fā)展,并最終實(shí)現(xiàn)高效、安全、可靠的聲紋控制的語音電子密碼鎖。
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