铁橡栎
滨江学院
pe附着力促进剂 学年论文（设计）
院 系 自动控制系
专 业 电气工程及其自动化
学生姓名 嵇朋朋
学 号 ***********
指导教师 陈炜峰
职 称 教授
二Ｏ一一 年 Ｏ二 月 十五 日
嵇朋朋
南京信息工程大学滨江学院电气工程与自动化专业，南京210044
感应游戏机
摘要：介绍了声音控制技术特点、发展历程及其发展趋势，声音控制技术在日常生活中的应用。以一种基于语音信号处理芯片RSC4128分级授权开发的语音识别声控车模系统，重点介绍了声控车模的语音识别、信号发射、信号接收和信号处理等部分的结构功能以及应用特定人语音识别技术，通过构建合理的系统结构、运用自然的语音提示实现了可靠的声控车模系统的过程、展现了语音识别技术在智能玩具领域的广阔应用发展前景。关键词：声音控制技术；车模；声音识别；电机控制
1引言
随着社会的不断发展和多媒体通信以及声音转换技术的深入发展，声音控制技术已经得到
广泛的关注。声音控制技术经过长期快速发展，已经投入到实际应用中。声音控制技术原理就是利用声波传到某物体表面时，使该物质材料带电，从而让声波发生变化，从而制成声敏传感器，再配上语音识别系统及一些控制装置，就形成了一套完整的声控系统。声音控制技术是集声音识别技术、声音采集转换技术和声音检测技术与一体的现代化控制技术。
2声音控制技术的概述
所谓声控技术[1]就是利用语音识别技术来达到控制或者操作电气设备，而语音识别技术在近几年来已经有很大的进步，最新的语音识别技术可以辨别92%以上的人发音，但是这并不表示用户和声控电气设备之间能够进行类似人和人之间的自然交谈，事实上使用者还必须遵循几个特定的指令才能让电气设备明白自己的意图。发展语音系统的高科技公司正在努力开发与人类“交谈”的软件，然而这些研发在短期内不会有重要的结果要公布。目前电气设备中的声控技术主要是针对语音识别、转换这些环节。
1.1 声音控制技术的特点
利用声学方法检测产品性能和监控生产过程是一门发展中的新技术[2]。与光波或电磁波等形式的控制器相比，声音控制技术具有一些明显的优点：
（1）这种方式不产生电磁辐射，不会干扰附近的电气设备；
（2）不易受污物和灰尘的影响；
（3）超声射束看不见、听不到、易于形成良好的指向性，阻断声束的任何物体都会被记录下来，甚至光束对其不起作用的透明物体也可被测出来；
（4）声波可以在气体、液体、固体中传播，设计不同结构的声传感器能满足高温高压、密封防爆等特殊要求。
因此，声控技术在许多工业领域中受到了欢迎，在70年代，许多外国企业就开发了测量物位和流量的仪器及声控开关，到80年代，随着微型计算机特别是单片机技术的发展，声控技术进一步向高精度、数字化和智能化方向迅速发展。
1.2 声控技术的发展历程
声控技术是随着计算机技术的广泛使用而出现的。这种崭露头角的现代新型控制技术，给严重伤残病人的生活带来极大方便。伤残病人用声音就可以方便的使用门窗、窗帘、电视机、电灯之类的生活用品。在其他领域里，声控技术也有很大的用武之地。例如：在飞行或空战时，万一飞行员负伤，他可以靠发声来驾驶飞机[3]。声音识别器将飞行员发出的声音与存储的声音相比较，只要声音一致，飞机就能自动地完成一系列动作，从而达到控制飞机的目的。
日常生活是一个充满声音的世界，每天你都会听到各种各样的声音，声音是无处不在，无时不在的。然而，声音除了丰富我们的生活外，它还有很多用处。
早在我国古代就已经有关于声音运用的记载。两千多年以前，《墨子》一书中曾这样记载：做一个小口大肚的瓶子，一半埋在地下，瓶口露在地面上，让听觉好的人在瓶口听，这样就可以知道对方挖的地道到了哪里，然后凿开地面去消灭对方。
随着现代科学技术的飞速发展，人们对声音的认识并加以应用就更加广泛和新颖。声纳技术就是利用超声波在水中的传播和反射来进行导航和测距的技术或设备。人耳能够听到的声音的频率在20——20000赫兹之间。通常把频率高于20000赫兹的声波叫做超声波，频
率低于20赫兹的声波叫做次声波。超声波和次声波[4]都是人耳无法听到的。超声波具有方向性强，能够沿直线传播和反射的特性，根据这种特性制成声纳，在多个领域有着很大的用途。
今天，科学家还研究出了一种能“听”话的计算机，只要对着计算机说出指定的密语，计算机就会自动地按之前设定的程序开始工作。
声纹是什么呢？狭义地说，声纹是对声音进行频率分析，整理成的频谱图。广义地说，声纹是从各个角度分析声音的特征并进而汇集成的数据。
人之所以能够发出声音，靠的是喉咙里两片由弹性肌肉组成的声带的振动。声带平时很松弛，两小片肌肉分隔也相当远，所以气流通过声带时不会发出声音。在说话的时候，两片声带靠得很近，拉得很紧，气流把声带冲开，由于声带有弹性，很快又缩回去。这种冲开缩回的连续振动，便发出了声音。
由于每个人在声带振动时所发出的声音的音调、响度和音都不同，所以每个人的声音都是能够被辨认出来。因为声纹表现出人独特的个性，所以声纹是无法仿制的。目前，在一
些发达国家，声纹已被作为刑事判决中的证据使用，它比指纹更加准确。声纹还可以用来判断身高，其精确度可以在5 厘米以内。声纹也可以用来测试一个人的身体健康状况。
1.3 声音控制技术发展趋势
现今，声音控制技术已经迈向技术成熟的阶段，声音控制技术也广泛应用于日常生活的各行各业。例如，利用声音控制技术制造的声控开关、声纳探伤、声光控制路灯、声控遥控小车等等。目前，声音控制技术发展主要有两个趋势：其一是朝着体积小、速度快、功能强、价格低的微小型方向发展；其二是朝着高精度、智能化、数字化、网络化、多功能方向发展[5]。
1.3.1 体积小、速度快、功能强、价格低
声音控制技术的控制芯片正向大规模、超大规模集成芯片发展，而声音控制芯片的体积却发展的越来越小；处理声音的速度也比早期的控制装置扩大许多倍；在功能上，声音控制技术可以和光控制技术结合，完成单一声音控制技术无法完成的任务；声音控制技术已经广泛应用于日常生活，因此，在价格上声音控制技术的控制装置也越来越低。
1.3.2 高精度、智能化、数字化、网络化、多功能
（1）智能化 智能传感器是自动控制系统的智能仪表发展的必然结果，智能传感器更方便和有利于传感器在总线测控系统或网络中使用。
（2）网络化 网络化和加强通信能力是声音控制系统的一个重要发展趋势。声控系统构成的网络将有多个声控装置、多个I/O模块相连，并可与IPC(工业计算机)、EPC(嵌入式计算机)、以太网等相连构成整个工厂的自动控制系统。现场总线技术(如PROFIBUS)在工业控制中将会得到越来越广泛地应用。
（3）多功能化 为了适应各种特殊功能的需要，各个公司陆续推出了多种智能模块。智能模块是以微处理器为基础的功能部件。它的CPU和单片机的CPU并行工作，占用主机的CPU时间很少，有利于提高声控装置的扫描速度和完成特殊的控制要求。
（4）数字化 传感器与信号调理电路结合，实现数字化信号输出，便于与网络接口。
（5）高可靠性 一些特定的环境和条件要求声控系统要有很高的可靠性，因而自诊断技术、冗余技术、容错技术在声控技术中都已得到厂泛的应用。良好的兼容性，声音控制产
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品的优劣除了要看它内在技术优劣外，还需考察它满足国际标准化的程度和水平。标准化一方面保证了产品出厂质量，另一方面也保证了各厂家产品的相互兼容性。
2 声控技术的应用
在军事上，海军利用声纳探测器来监视敌方的潜艇，侦察海底的暗礁。现代声纳系统还能把声波变成电讯号，使水下物体的形状显示在电子荧光屏上，变成可以看得见的图像。
在工业领域中，超声波设备是用来进行产品质量检测的重要工具，它还可以用来对物体进行清洗、加工和消毒，也可用来对物体进行探伤和钻孔。
在医药上，有各种各样的超声波诊断器和医疗设备（B超)，它们是必不可少的医疗工具。
现在，声控技术已经覆盖了人们生活的各个领域。比如，在保险箱的门上装上由声音控制的锁，只有它的主人对它说出预定的“密语”，门才能自动地打开；有些豪华住宅的大门上也装上了这种特殊的声控锁，当主人的汽车开到门前，按响喇叭时，大门便慢慢打开，这喇叭与门锁是配套的，其他人的汽车喇叭是打不开这道门。声音控制技术还应用于声控走廊灯、声控鼠标、声控音乐喷泉以及各种声控电机驱动的设备或者装置。
本文就以声控车模系统为例，它是利用Sensory公司第四代语音信号处理芯片RSC4128开发出语音识别声控车模系统。应用语音识别芯片作为系统核心的汽车模型是种新颖的声控汽车玩具产品。将语音识别芯片做在遥控器内，可通过语音命令控制车模的所用动作，比如前进、后退、左转、右转等，同时保留原有的手控操纵方式，为车模玩家提供更多的选择与增添了更多的乐趣。
2.1声控车模系统的构成
声控车模系统主要分为遥控模块和接收模块两大部分[6]。
遥控模块部分包括：
（1）语音识别：首先使用者将各种控制命令(如前进、后退、左转、右转等)通过麦克风输入遥控器内部的RSC4128，并存储在数据存储器内。当使用者对着遥控器说出控制命令时，RSC4128对输入的声音进行识别。
（2）遥控发射：当RSC4128判断使用者说出的语音命令是合法的，则利用无线发射模块将小车的方向和速度数据编码传输给接收模块。
图1 声控车模系统的结构框图
接收模块部分包括：
(1)信号接收：接收发射端送来的方向和速度数据。
(2)电机驱动：当接收部分收到方向或速度数据时，单片机对模型中的电动机进行控制，实现对直流电机的方向和速度控制，以及对步进电机的左右旋转角度控制。
2.2 遥控模块的设计
2.2.1语音识别部分的设计
本次设计采用Sensory公司的语音信号处理芯片RSC4128作为主芯片，RSC4128是以8位单片机为核心的CMOS器件，具有128 KB存储容量的内部ROM，片上上还集成了RAM、A/D、D/A、前端放大器及功率放大器等元件[7]。只需加上很少的外部元件，就可以组成一个完整的语音识别系统。声控车模语音识别模块硬件原理框图如图2所示。
RSC4128是语音识别模块的主要芯片，具有很高的语音识别能力，语音信号从麦克风输入，经过放大、滤波后输入到RSC4128，先将信号进行A/D变换，再由RSC4128将此信号的数据存入RAM区内的某个特定区域，将此未知信号与RAM区内各模板逐一比较，若符合其中一个模块，则输出相应的特征信号。
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