基于語音識別的汽車空調控制系統

摘要：隨著人們生活水平的不斷提高，消費者對汽車性能的要求也越來越高，語音識別技術被應用在汽車上，來滿足消費者對汽車舒適性、安全性和娛樂性等要求。本文采用基于ARM Cortex—M3內核32位微控制器STM32F103VET6作為系統控制核心，利用LD3320芯片的語音識別功能，構建基于語音識別的汽車空調控制系統。
關鍵詞：語音識別；LD3320；汽車空調；STM32；控制系統

引言
現在汽車上使用的電器越來越多，駕駛員需要手動操作的電器開關也越來越多，不但增加了駕駛員的負擔，還影響了行車安全。本文以STM32F103VET6(以下簡稱STM32)芯片為控制核心，采用高性能LD3320語音識別芯片，設計基于語音識別的汽車空調控制系統。該系統可以用語音有效控制汽車空調，減輕了駕駛員的操作負擔，保證行車過程中的安全。

1 系統硬件設計
運用語音識別技術，結合各種傳感器對車身內外的環境(如氣溫、陽光強度等)以及制冷壓縮機的狀態等多種參數進行實時檢測，與設定參數相比較，微控制器經過運算處理做出判斷，輸出相應的調節和控制信號。執行機構經過實時調整和修正，實現對車廂內空氣環境全方位、多功能的調節和控制。系統的執行機構主要包括溫度風門電機、模式風門電機、循環風門電機、鼓風機、壓縮機、除霜控制繼電器等。圖1為系統結構框圖。

1．1 主控制器
主控制器為基于ARM Cortex—M3內核的32位微控制器STM32F103VET6，內置64 KB RAM、512 KBFlash，以及豐富的增強I／O端口和聯接到兩條APB總線的外設，主要控制傳感器模擬信號的采集、語音信號的收發和汽車空調控制信號的輸出。
1．2 語音識別模塊
語音識別芯片選用的是ICRoute公司的LD3320芯片。該芯片集成了語音識別處理器和一些外部電路，包括A／D轉化器、D／A轉換器、麥克風接口、聲音輸出接口等。本芯片在設計上注重節能與高效，不需要外接任何的輔助芯片(如Flash、RAM等)，直接集成在現有的產品中即可以實現語音識別功能。識別的關鍵詞語列表是可以任意動態編輯的。

參照LD3320數據手冊，語音識別控制電路采用LD3320與STM32通過SPI串行方式進行連接。語音識別模塊控制電路如圖2所示。首先，要將MD接高電平，芯片時鐘信號CLK連接到STM32時鐘信號輸出引腳MCO(PA8)上。引腳MBS是麥克風偏置，接了一個RC電路，保證能輸出一個浮動電壓給麥克風。
1．3 SD卡存儲模塊
要實現具有人機交互功能的語音識別控制系統，需要存放大量的MP3音頻文件。本系統中，MP3音頻播放文件存放在SD卡上，語音識別關鍵詞也存放在SD卡上，這樣可以很方便地更改要識別的關鍵詞，而不需要更改程序內容。主控STM32將MP3數據依次從SD卡讀出來，送入LD33 20芯片內部，這樣就可以從芯片的相應的引腳輸出聲音。SD卡硬件連接如圖3所示。SD卡與STM32通過SPI方式進行通信。將SD卡片選信號CS、數據輸入信號DI、數據輸出信號DO、時鐘信號SCLK分別與STM32的PC11、PD2、PC8、PC12引腳連接。

1．4 傳感器模擬信號輸入模塊
傳感器模擬信號是控制系統的輸入信號源。傳感器把非電量的物理量變成電量后并不一定適合A／D轉換器直接應用，還必須經過放大、濾波、隔離及保護措施，才能送給單片機。單片機通過檢測這些傳感器信號來判斷系統的溫度、濕度等是否滿足用戶的要求。以車內溫度傳感器為例分析，溫度信號采集硬件連接圖如圖4所示。本系統采用NTC公司的高精度車內溫度傳感器Rntc，Rntc和電阻R0分壓后輸入到單片機。Rntc電阻值可以近似地用如下公式表達：

其中，R1為絕對溫度下T1時的電阻值，T為要檢測的溫度，Rntc為該溫度下的電阻值，B值反映了溫度變化與阻值變化的關系。單片機信號輸入端得到的電壓為：