智慧养老系统智能语音控制终端系统设计(附件)
随着人口老龄化程度的加深，子女无法随时照顾老人，人们开始期待更智能、更人性化的智慧养老系统。本文在此背景下设计了一个基于语音识别技术的智慧养老系统——智能语音控制终端。系统由主控模块、LD3320语音识别模块、电机模块、供电模块、报警模块、测温模块、按键模块、LED显示模块组成。本文通过阐述语音识别技术发展历史和国内外发展现状，提出总体设计方案。然后通过分析语音识别算法为本设计提供理论依据，根据总体设计方案进行硬件设计和软件设计。本课题设计原理可在智能家居中获广泛应用。关键词 智慧养老系统，语音控制终端，LD3320，智能家居
目 录
1 绪论 1
1.1 本课题研究的目的及意义 1
1.2 国内外发展现状及发展趋势 2
2 硬件电路设计 3
2.1 本课题设计方案 3
2.2 主控模块 4
2.3 供电模块 8
2.4 语音识别模块 9
2.5 报警模块 11
2.6 测温模块 12
2.7 电机模块 13
2.8 按键模块 14
2.9 LED显示模块 14
2.10 液晶屏显示模块 15
3 软件设计 18
3.1 语音识别模块 18
3.2 主控模块 21
3.3 电机模块 22
3.4 LED显示模块 24
4 实验测试与分析 24
4.1 语音识别测试 24
4.2 按键测试 26
4.3 温度测试 26
4.4 系统调试总结 27
结论 28
致谢 29
参考文献 30
1 绪论
二十一世纪社会人口老龄化发展趋势严重，日本、意大利等发达国家都已进入老龄化社会，许多发展中国家正进入或即将步入老龄化社会[1]；随着我国科学技术的快速发展和人口老龄化程度的加深，我国老龄服务产业还不完善，子女忙着工作，很多老年人无法被照顾，人们开始期待更智能、更人性化的智慧养老系统。老人退休后，大概一半的时间都 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
呆在家里，一个方便快捷的家电控制系统不仅可以带来愉悦的心情，也更加安全。现代家电由单一功能转向智能化，尤其是最近人工智能技术的发展，智能语音控制进入人们生活当中，与人们生活息息相关[2]。
1.1 本课题研究的目的及意义
语音识别具有很大的实际应用价值，它的发展、成熟和实用将促进计算机、办公自动化、通信、国防、机器人等许多行业的快速发展[3]。目前，语音输入成为了一种更快更方便新型输入方式，用听写代替键盘将文本输入手机或者计算机当中，在腾不出手的时候得到了较好的应用；语音控制系统除了手动控制之外，还为人们提供了一种更安全、更方便的控制方法，特别是当系统工作在某些特殊环境(如黑暗的地方或手脚被占用进行其他动作的环境)或某些特殊用户(如残疾人)时[4]；基于对话系统的数据库查询系统为用户提供了更加自然、友好、方便的数据库检索或查询，可广泛应用于银行、交易所、民航等机构[5]。另外，语音识别还可以应用于很多范畴，如口语翻译体系、语音指令控制智能家居、手机解锁、计算机辅助教学、自动辨认等。日本希望通过这一技术给老年人一些心理上的安慰，从而帮助一些老龄化国家解决一些社会问题，展望未来，智能设备将越来越多地占据我们的生活，语音技术是其中一个重要的转折点[6]。目前，语音识别技术还存在许多如噪音处理、输入准确度等未解决的问题，继续深入研究对促进技术创新、社会进步和人民生活水平的提高具有重要意义。
目前，家用电器中广泛运用的控制方法主要有手动控制和红外遥控两种，随着信息技术和人工智能的发展，已经出现了可智能控制的家用电器，但是这些设备的面对的是具有正常行动能力的人群，而对于那些步履不便的老年人和残疾人等群体来说，使用常规的智能终端来控制设备并没有简化控制过程，所以本课题设计了智慧养老系统——语音控制终端，采用语音模块识别语音指令，然后发送给单片机相应信号，控制家用电器的开启或关闭，同时可以操纵单片机获得温度传感器收集的环境参数来监测室内温度，从而使老年人和残疾人的生活更轻松、更便捷、更安全。
1.2 国内外发展现状及发展趋势
语音控制家居来源于人们的想象，一开始出现在数不胜数的科幻小说中。在美国作家雷布莱伯利的文章中，就曾经设想过一种可以自主不间断运行的家庭系统。在国外，科学家在20世纪40年代开始研究语音识别技术，在语音控制系统一开始就被普遍看好，一些跨国大型电子企业如英特尔、思科等投入了大量技术和资金，创建了各自的智能电器研究所，因此发展较为成熟，产品较多，技术水平远超国内。语音识别技术发展史如下表1.1所示。
表1.1 语音识别技术的发展
时间
发展情况
功能
二十世纪四十年代
孤立数字语音识别系统
准确地识别出10个英文数字
二十世纪六十年代
动态规整算法应用于语音分析
解决了语音信号处理的不等长问题
二十世纪七十年代
语音识别幵始应用线性预测技术
大大增强了语音特征参数的提取能力
二十世纪七十年代
动态时间规整算法
规整计算时间和距离
二十世纪七十年代
矢量化算法和隐马尔可夫模型理论
运用统计学分析语音信号
二十世纪八十年代
人工神经网络
区分较为复杂的分类问题
二十世纪九十年代
非特定人大词汇量连续语音识别算法逐步成熟
语音识别系统进入实际应用阶段
二十一世纪
语音识别芯片与语音识别平台
嵌入式语音识别终端
智能语音控制系统在19世纪90年代前后引入中国，在20世纪初才开始应用于国民生活。鉴于中国未来巨大的市场，国外也十分重视汉语语音识别的研究[7]。经过近十年信息技术的发展和研发资金的投入，我国很多企业已经自主设计出高准确率的语音识别系统，语音识别技术发展迅速，已基本达到国际先进水平。信息技术与人们的生活愈发紧密，智能语音控制系统蓬勃发展，取得较大进步，尤其经过人工智能技术训练，语音技术的准确度将大幅提升，更好的应用到人们生活。
目 录
1 绪论 1
1.1 本课题研究的目的及意义 1
1.2 国内外发展现状及发展趋势 2
2 硬件电路设计 3
2.1 本课题设计方案 3
2.2 主控模块 4
2.3 供电模块 8
2.4 语音识别模块 9
2.5 报警模块 11
2.6 测温模块 12
2.7 电机模块 13
2.8 按键模块 14
2.9 LED显示模块 14
2.10 液晶屏显示模块 15
3 软件设计 18
3.1 语音识别模块 18
3.2 主控模块 21
3.3 电机模块 22
3.4 LED显示模块 24
4 实验测试与分析 24
4.1 语音识别测试 24
4.2 按键测试 26
4.3 温度测试 26
4.4 系统调试总结 27
结论 28
致谢 29
参考文献 30
1 绪论
二十一世纪社会人口老龄化发展趋势严重，日本、意大利等发达国家都已进入老龄化社会，许多发展中国家正进入或即将步入老龄化社会[1]；随着我国科学技术的快速发展和人口老龄化程度的加深，我国老龄服务产业还不完善，子女忙着工作，很多老年人无法被照顾，人们开始期待更智能、更人性化的智慧养老系统。老人退休后，大概一半的时间都 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
呆在家里，一个方便快捷的家电控制系统不仅可以带来愉悦的心情，也更加安全。现代家电由单一功能转向智能化，尤其是最近人工智能技术的发展，智能语音控制进入人们生活当中，与人们生活息息相关[2]。
1.1 本课题研究的目的及意义
语音识别具有很大的实际应用价值，它的发展、成熟和实用将促进计算机、办公自动化、通信、国防、机器人等许多行业的快速发展[3]。目前，语音输入成为了一种更快更方便新型输入方式，用听写代替键盘将文本输入手机或者计算机当中，在腾不出手的时候得到了较好的应用；语音控制系统除了手动控制之外，还为人们提供了一种更安全、更方便的控制方法，特别是当系统工作在某些特殊环境(如黑暗的地方或手脚被占用进行其他动作的环境)或某些特殊用户(如残疾人)时[4]；基于对话系统的数据库查询系统为用户提供了更加自然、友好、方便的数据库检索或查询，可广泛应用于银行、交易所、民航等机构[5]。另外，语音识别还可以应用于很多范畴，如口语翻译体系、语音指令控制智能家居、手机解锁、计算机辅助教学、自动辨认等。日本希望通过这一技术给老年人一些心理上的安慰，从而帮助一些老龄化国家解决一些社会问题，展望未来，智能设备将越来越多地占据我们的生活，语音技术是其中一个重要的转折点[6]。目前，语音识别技术还存在许多如噪音处理、输入准确度等未解决的问题，继续深入研究对促进技术创新、社会进步和人民生活水平的提高具有重要意义。
目前，家用电器中广泛运用的控制方法主要有手动控制和红外遥控两种，随着信息技术和人工智能的发展，已经出现了可智能控制的家用电器，但是这些设备的面对的是具有正常行动能力的人群，而对于那些步履不便的老年人和残疾人等群体来说，使用常规的智能终端来控制设备并没有简化控制过程，所以本课题设计了智慧养老系统——语音控制终端，采用语音模块识别语音指令，然后发送给单片机相应信号，控制家用电器的开启或关闭，同时可以操纵单片机获得温度传感器收集的环境参数来监测室内温度，从而使老年人和残疾人的生活更轻松、更便捷、更安全。
1.2 国内外发展现状及发展趋势
语音控制家居来源于人们的想象，一开始出现在数不胜数的科幻小说中。在美国作家雷布莱伯利的文章中，就曾经设想过一种可以自主不间断运行的家庭系统。在国外，科学家在20世纪40年代开始研究语音识别技术，在语音控制系统一开始就被普遍看好，一些跨国大型电子企业如英特尔、思科等投入了大量技术和资金，创建了各自的智能电器研究所，因此发展较为成熟，产品较多，技术水平远超国内。语音识别技术发展史如下表1.1所示。
表1.1 语音识别技术的发展
时间
发展情况
功能
二十世纪四十年代
孤立数字语音识别系统
准确地识别出10个英文数字
二十世纪六十年代
动态规整算法应用于语音分析
解决了语音信号处理的不等长问题
二十世纪七十年代
语音识别幵始应用线性预测技术
大大增强了语音特征参数的提取能力
二十世纪七十年代
动态时间规整算法
规整计算时间和距离
二十世纪七十年代
矢量化算法和隐马尔可夫模型理论
运用统计学分析语音信号
二十世纪八十年代
人工神经网络
区分较为复杂的分类问题
二十世纪九十年代
非特定人大词汇量连续语音识别算法逐步成熟
语音识别系统进入实际应用阶段
二十一世纪
语音识别芯片与语音识别平台
嵌入式语音识别终端
智能语音控制系统在19世纪90年代前后引入中国，在20世纪初才开始应用于国民生活。鉴于中国未来巨大的市场，国外也十分重视汉语语音识别的研究[7]。经过近十年信息技术的发展和研发资金的投入，我国很多企业已经自主设计出高准确率的语音识别系统，语音识别技术发展迅速，已基本达到国际先进水平。信息技术与人们的生活愈发紧密，智能语音控制系统蓬勃发展，取得较大进步，尤其经过人工智能技术训练，语音技术的准确度将大幅提升，更好的应用到人们生活。
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