电子信息毕设基于stm32的语音识别语音识别-Toy模板网

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0 简介

Hi，大家好，这里是丹成学长，今天向大家介绍一个单片机项目

于stm32的智能婴儿车婴儿床

大家可用于课程设计或毕业设计

🧿 毕设项目分享:见文末!

1 项目目标

项目最终实现功能：用户说出指定的语音，硬件系统（由STM32和LD3320构成）能识别并显示在LCD液晶屏上，并触发预设的报警电路（由蜂鸣器和LED灯组成），还开发了对应的上位机（运行在PC电脑上），上位机可以显示硬件系统的状态，也可以控制其状态。

2 项目背景意义

首先，我们所开发的语音识别报警监控系统可以解放工厂员工的双手，让他们通过说出语音即可对设备进行控制，更方便也更快捷。

其次，当现场的工作人员正忙于操纵设备，无法腾出手来发出警报，或者当他们距离报警系统较远，无法手动发出警报，可以通过该语音识别系统进行发出警报的操作。

最后，我们还开发了上位机，这让工作人员可以无需待在工业现场，在办公室内也可查看当前设备的报警情况，还可通过该上位机发出特定的警报。

3 需求分析

3.1 功能性需求

该语音识别系统能够读入不同报警类型的语音，并予以波形显示；利用单片机对不同报警类型语音进行匹配识别，根据识别结果输出声音报警和光指示报警，要求误报率应低于10%；对语音进行预处理，对语音信号进行特征参数提取；通过STM32单片机编写控制程序；实现上位机的开发，完成嵌入式系统与上位机的交互。

3.2 非功能性需求

考虑相关的社会、健康、安全、法律及环境方面的制约因素；讨论或分析或预测本项目所应用或涉及的相关新技术或新产品、新工艺对本项目的积极意义和对社会、安全、健康、法律及文化方面可能存在的正、负影响。给出两种设计方案并进行论证。

4 设备器件

4.1 STM32单片机

具体型号是STM32F103，对其进行开发的语言是C语言，编译器为keil5。

4.2 LD3320语音识别芯片

LD3320是非特定人语音识别芯片，内部已经集成了语音识别处理器和一些信号调制电路，拥有高性能的A/D转换器、D/A转换器、麦克风音频信号输入接口、音频解码输出接口等，用户只需要用软件编辑好待识别的关键词列表，LD3320最大可以支持50条关键词句，把这些列别以字符的形式传送到芯片中，就可以对待识别的语音信号进行近似度分析，识别后输出结果。

4.3 TFT-LCD液晶显示屏

TFT-LCD即薄膜场效应晶体管，是有源矩阵类型液晶显示屏(AM-LCD)中的一种。

5 设计方案

语音识别报警监控系统主要由 STM32单片机、LD3320 语音识别模块、报警电路模块、上位机模块组成。

将LD3320语音识别芯片与我们自己设计的报警电路接在单片机STM32上，通过对单片机STM32进行编程来实现处理输入的语音信号，触发对应的报警电路等操作，编程语言为C语言，编程软件为KEIL5，由LD3320进行语音的采集，在STM32单片机上对识别结果进行逻辑判断，从而输出端口产生对应的输出信号，由显示屏、LED灯、蜂鸣器构成的报警电路模块用来显示报警效果。用C#语言编写上位机软件，软件安装在PC电脑上，通过串口使得上位机与下位机（单片机STM32）进行通信。

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6 语音识别模块的开发

硬件上将语音识别芯片LD3320接在单片机STM32上。

具体端口连接：LD3320的MISO口与STM32的PA6口相接，MOSI口与PA7口相接，SCK口与PA5口相接，NSS口与PA4口相接，RST口与PB15口相接，WR口与PB13口相接，IRQ口与PB12口相接，NC口悬空。
软件上通过给STM32编写C语言程序来实现对语音信号的处理。

语音识别的操作顺序是：语音识别用初始化（包括通用初始化）→写入识别列表→开始识别，并准备好中断响应函数，打开中断允许位。

这里需要说明一下，如果不用中断方式，也可以通过查询方式工作。在“开始识别”后，读取寄存器 B2H 的值，如果为 21H 就表示有识别结果产生。在此之后读取候选项等操作与中断方式相同。

首先进行通用初始化，再进行语音识别用初始化，再写入识别列表。列表的规则是，每个识别条目对应一个特定的编号（1 个字节），不同的识别条目的编号可以相同，而且不用连续。该芯片最多支持 50个识别条目，每个识别条目是标准普通话的汉语拼音（小写），每 2个字（汉语拼音）之间用一个空格间隔。我们添加了四个关键词，分别是“全亮”、“全灭”、“闪烁”、“流水灯”，这些关键词仅供我们测试所用，在实际的现场可根据实际情况增加、删除和修改关键词。

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接下来是开始识别，在代码中用变量nAsrStatus表示main主程序中表示程序运行的状态，有如下几个状态：LD_ASR_NONE表示没有在作ASR识别，LD_ASR_RUNING表示LD3320正在作ASR识别，LD_ASR_FOUNDOK表示一次识别流程结束后，有一个识别结果，LD_ASR_FOUNDZERO表示一次识别流程结束后，没有识别结果， LD_ASR_ERROR表示一次识别流程中LD3320芯片内部出现不正确的状态。在编程时要把对该状态的设置放在正式 LD3320 芯片开始识别以前。一次ASR识别流程结束后，去取ASR识别结果，通过C语言的switch语句对语音识别的结果进行匹配，从而触发对应的报警电路代码，上位机代码等。

然后当有声音输入时，会产生中断不管是否识别出正常结果，都会产生一个中断信号。而中断程序要根据寄存器的值分析结果。读取 BA 寄存器的值，可以知道有几个候选答案，而 C5 寄存器里的答案是得分最高、最可能正确的答案。例如发音为“全亮”并被成功识别（无其他候选），那么 BA 寄存器里的数值是 1，而 C5 寄存器里的值是对应的编码 3。

7 报警电路模块的开发

报警电路模块主要由一个LCD-TFT、两个LED灯和一个蜂鸣器组成。LED灯与蜂鸣器是直接使用单片机STM32自带的，无需外接，而对于LCD-TFT，将其与单片机STM32相连，硬件连接图如下：

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通过对STM32的编程，来控制报警显示的效果。将不同的状态对应的报警显示效果分别封装成函数，在语音识别之后选择对应的函数执行，从而触发对应的报警显示效果。预设了“全亮”状态下两盏LED灯都亮，LCD显示“当前状态：全亮”；“全灭”状态下两盏LED灯都灭，LCD显示“当前状态：全灭”；“闪烁”和“报警”状态下两盏LED灯闪烁，蜂鸣器响，LCD显示“当前状态：闪烁”；“第一个闪”状态下一个LED灯闪烁，一个LED灯熄灭，LCD显示“当前状态：第一个闪”。

LED灯的亮灭通过控制对应管脚的高低电平即可，蜂鸣器也是一样，对于LCD显示内容的控制，通过取模工具，输入需要的字符，如汉字、数字和字母，该工具会直接生成C语言代码，再通过LCD_ShowString()和LCD_ShowChinese()两个函数控制LCD上显示的内容。

8 上位机模块的开发

开发工具为VS，语言为C#。

首先先新建项目，选择visual C#语言下面的windows窗体应用程序。

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然后设置窗体的组件，在工具箱中有各种各样的组件，使用的话可以拖需要的组件进入到form中即可，按照预期的功能设置窗体，最终窗体界面如下：

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在该窗体中，预设两个下拉框用来设置端口与波特率，一个开关用来连接和断开上位机和单片机间的通信，一个文本框用来显示当前的状态，一个文本框用来显示历史接收数据，一个下拉框用来选择用户想要单片机呈现的状态，一个按钮用来将用户选择的状态信息传输到单片机一端，从而上位机控制的效果。

private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
        {
            for (int i = 0; i < 20; i++)
            {
                try
                {
                    string str = "COM" + i;
                    serialPort1.PortName = str;
                    serialPort1.Open();
                    comboBox1.Items.Add(str);
                    serialPort1.Close();
                    comboBox1.Text = str;
                }
                catch { }
            }
            comboBox1.Text = "COM3";
            comboBox2.Text = "115200";
        }

上述代码用来自动设置上位机的端口号，从而实现上位机与单片机的连接，若已知端口和波特率的话，也可直接设置comboBox1.Text为已知端口号，设置comboBox2.Text为已知波特率。

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            if(Button_State)
            {
                try
                {
                    serialPort1.PortName = comboBox1.Text;
                    serialPort1.BaudRate = Convert.ToInt32(comboBox2.Text, 10);
                    serialPort1.Open();
                    button1.Text = "断开";
                    Button_State = false;
                }
                catch (Exception)
                {
                    if (serialPort1.IsOpen)
                        serialPort1.Close();
                    MessageBox.Show("端口打开失败，请检查端口", "错误");
                }
            }
            else
            {
                serialPort1.Close();
                button1.Text = "连接";
                Button_State = true;
            }

        }

上述代码是点击“断开/连接”按钮后触发的函数代码，用变量Button_State表示当前上位机与单片机间是否连接，根据连接情况与否，通过if 语句执行对应的代码，通过函数serialPort1.Close()来断开连接，通过serialPort1.PortName来设置端口号，通过serialPort1.BaudRate来设置波特率，通过serialPort1.Open()来开启连接。

private void serialPort1_DataReceived(object sender, System.IO.Ports.SerialDataReceivedEventArgs e)
        {
            textBox2.Text=serialPort1.ReadExisting();
            if (textBox2.Text.Contains("LCD"))
                textBox2.Text = " ";
            textBox1.AppendText(textBox2.Text);
            if (textBox2.Text.Contains("流")) 
                textBox3.Text = "流水灯";
            else if (textBox2.Text.Contains("闪"))
                textBox3.Text = "闪烁";
            else if (textBox2.Text.Contains("第"))
                textBox3.Text = "第一个";
            else if (textBox2.Text.Contains("灭"))
                textBox3.Text = "全灭";
            else if (textBox2.Text.Contains("亮"))
                textBox3.Text = "全亮";
        }

上述代码用来显示当前单片机的状态，通过中断的方式，当单片机向上位机传输数据时，就执行以上代码。在单片机的程序中，向上位机传输数据的代码是printf()，而在上位机的程序中，用textBox2.Text即可拿到传输的数据，Contain()函数表示是否包含某个字符，通过设置textBox3.Text从而在窗体中显示当前的状态。