如何利用智能語音交互芯片實現(xiàn)模擬練習(xí)器的設(shè)計

伴隨高科技技能在軍事范疇的廣泛運用，武器裝備也逐步向高、精、尖方向發(fā)展。傳統(tǒng)的軍事練習(xí)時間長，訓(xùn)練費用高，訓(xùn)練場地狹小，訓(xùn)練效果往往達(dá)不到預(yù)想的效果，對現(xiàn)代軍事訓(xùn)練的要求已經(jīng)不適應(yīng)。為解決上述問題，模仿練習(xí)應(yīng)運而生。為了進(jìn)一步提高練習(xí)效果，本文利用智能語音交互芯片設(shè)計了一個模擬練習(xí)器的示教回放系統(tǒng)。教學(xué)演示系統(tǒng)通過給操作者生動的演示來規(guī)范操作者的操作流程和相應(yīng)的操作表現(xiàn)，大大縮短了操作者的練習(xí)時間，提高了練習(xí)效果?；胤畔到y(tǒng)記錄操作練習(xí)過程中每一位操作者的口令、聲音強度、動作、瞬間、動作表象等，待操作練習(xí)結(jié)束后再重復(fù)練習(xí)過程，以便操作者及時糾正自己的錯誤。示教系統(tǒng)也可理解為對規(guī)范操作練習(xí)進(jìn)程的回放。該系統(tǒng)不需求虛擬現(xiàn)實技能的撐持，在小型的嵌入式系統(tǒng)上就能夠完結(jié)。

1系統(tǒng)原理

該模仿練習(xí)器由一臺測控計算機和多臺從設(shè)備構(gòu)成。如圖1所示。在此僅對一臺從設(shè)備進(jìn)行介紹，其硬件系統(tǒng)主要由測控計算機、Arduinomega2560操控器、語音辨認(rèn)單元、聲強檢測單元、語音組成單元、面板操控單元、儀器面板等構(gòu)成。面板操控單元較為復(fù)雜，包含多種操控電路，在模仿練習(xí)中擔(dān)任該從設(shè)備在Arduinomega2560操控器的操控下完結(jié)整個練習(xí)進(jìn)程，在示教與回放系統(tǒng)中完結(jié)對方才操作練習(xí)操作表象的重演，其詳細(xì)電路規(guī)劃在此不做介紹。

語音辨認(rèn)單元擔(dān)任辨認(rèn)操作人員的操作口令；聲強檢測單元擔(dān)任檢測聲強巨細(xì)并以此作為判別是哪臺從設(shè)備操作人員口令的依據(jù)；Arduinomega2560操控器擔(dān)任監(jiān)督儀器面板各元件的狀況來辨認(rèn)操作人員的動作，然后完結(jié)對操作練習(xí)進(jìn)程的記載。各儀器的操作表象依據(jù)操作動作事前編制無需記載。在操作回放進(jìn)程中，測控計算機依據(jù)所記載的數(shù)據(jù)，經(jīng)過操控相應(yīng)從設(shè)備的Arduinomega2560操控器重現(xiàn)所記載的操作進(jìn)程。

2單元系統(tǒng)規(guī)劃

2.1語音辨認(rèn)單元規(guī)劃

當(dāng)時，語音辨認(rèn)技能的開展十分迅速，依照辨認(rèn)目標(biāo)的類型能夠分為特定人和非特定人語音辨認(rèn)。特定人是指辨認(rèn)目標(biāo)為專門的人，非特定人是指辨認(rèn)目標(biāo)是針對大多數(shù)用戶，通常需求收集多自己的語音進(jìn)行錄音和練習(xí)，經(jīng)過學(xué)習(xí)，然后到達(dá)較高的辨認(rèn)率。

這篇文章選用的LD3320語音辨認(rèn)芯片是一顆依據(jù)非特定人語音辨認(rèn)（SpeakerIndependentAutomaticSpeechRecognition，SIASR）技能的芯片。該芯片上集成了高精度的A/D和D/A接口，不再需求外接輔佐的FLASH和RAM，即能夠完結(jié)語音辨認(rèn)、聲控、人機對話功用，供給了真實的單芯片語音辨認(rèn)解決方案。而且，辨認(rèn)的要害詞語列表是能夠動態(tài)編輯的。其語音識別過程如圖2所示。

語音辨認(rèn)單元選用ATmega168作為MCU，擔(dān)任操控LD3320完結(jié)一切和語音辨認(rèn)有關(guān)的作業(yè)，并將辨認(rèn)成果經(jīng)過串口上載至Arduinomega2560操控器。對LD3320芯片的各種操作，都必須經(jīng)過寄存器的操作來完結(jié)，寄存器讀寫操作有2種方法（規(guī)范并行方法和串行SPI方法）。在此選用并行方法，將LD3320的數(shù)據(jù)端口與MCU的I/O口相連。

語音辨認(rèn)流程選用中止方法作業(yè)，其作業(yè)流程分為初始化、寫入要害詞、開端辨認(rèn)和呼應(yīng)中止等。MCU的程序選用ARDUINOIDE編寫，調(diào)試完結(jié)后經(jīng)過串口進(jìn)行燒錄，操控LD3320完結(jié)語音辨認(rèn)，并將辨認(rèn)成果上載至Arduinomega2560操控器。其硬件連接圖如圖3所示。

2.2聲強檢測單元規(guī)劃

在進(jìn)行語音辨認(rèn)時需求判別是某一臺從設(shè)備操作人員的口令，為此規(guī)劃聲強檢測單元電路，該電路僅需能夠判別出相對聲強的巨細(xì)，無需檢測聲級，對檢測精度需求較低。

電容式MIC聲響傳感器將外部聲響信號變換成電信號，經(jīng)NE5532擴大電路進(jìn)行擴大，將輸入的微弱音頻信號變換為具有一定幅值的電壓信號，該電壓信號經(jīng)AC/DC有效值變換電路進(jìn)行裝換后進(jìn)行再次擴大，最終由Arduinomega2560操控器的A/D進(jìn)行采樣。其間D1端接Arduinomega2560操控器的A/D，INT1端接Arduinomega2560操控器的外部中止1.當(dāng)外界聲響信號大于預(yù)設(shè)的閾值時，三極管導(dǎo)通INT1端由高電平變?yōu)榈碗娖桨l(fā)作外部中止，操控器呼應(yīng)中止并進(jìn)行A/D采樣，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)均值濾波后保留，待測控計算機查詢時上載該聲強數(shù)據(jù)。

2.3語音組成單元規(guī)劃

TTS（TextToSpeech）文本轉(zhuǎn)語音技能是人機智能對話開展的趨勢。依據(jù)TTS技能的語音系統(tǒng)無需事前錄音就能夠隨時依據(jù)查詢條件查出并組成語音進(jìn)行播報，然后大大減少了系統(tǒng)維護(hù)的作業(yè)量。利用此技能，經(jīng)過MCU或許PC機就能操控語音芯片發(fā)音。

這篇文章選用SYN6658中文語音組成芯片進(jìn)行語音組成。SYN6658經(jīng)過UART接口或SPI接口通訊方法，接納待組成的文本數(shù)據(jù)，完結(jié)文本到語音（或TTS語音）的變換。操控器和SYN6658語音組成芯片之間經(jīng)過UART接口銜接，操控器經(jīng)過串口通訊向SYN6658語音組成芯片發(fā)送操控指令和文本，SYN6658語音組成芯片把接納到的文本組成為語音信號輸出，輸出的信號經(jīng)LM386功率擴大器進(jìn)行擴大后銜接到喇叭進(jìn)行播映。

SYN6658語音組成電路選用芯片硬件數(shù)據(jù)手冊供給的典型使用電路進(jìn)行規(guī)劃，在此不做介紹，功率擴大電路選用美國國家半導(dǎo)體出產(chǎn)的音頻功率擴大器LM386進(jìn)行擴大。

在進(jìn)行語音組成時首要進(jìn)行初始化，包含發(fā)音人挑選、數(shù)字處理策略、語速調(diào)理、語調(diào)調(diào)理、音量調(diào)理等。

因為該系統(tǒng)要模仿多人發(fā)音，所以不一樣的從設(shè)備設(shè)置不一樣的發(fā)音人及語調(diào)與語速以便于區(qū)別。初始化后等待測控計算機的語音組成指令，待收到指令后芯片會向上位機發(fā)送1字節(jié)的狀況回傳，上位機可依據(jù)這個回傳來判別芯片當(dāng)時的作業(yè)狀況。

3系統(tǒng)軟件規(guī)劃

示教與回放系統(tǒng)的軟件規(guī)劃包含測控計算機的軟件規(guī)劃和各從設(shè)備Arduinomega260操控器的軟件規(guī)劃。

測控計算機是整個系統(tǒng)的操控中心，其軟件選用C#進(jìn)行編寫，在示教與回放系統(tǒng)中主要是對操作數(shù)據(jù)的記載以便依據(jù)所記載的數(shù)據(jù)對操作進(jìn)程進(jìn)行準(zhǔn)確回放，需求記載的數(shù)據(jù)包含：各從設(shè)備操作人員的操作口令，操作動作，口令及動作時刻，各操作對應(yīng)的操作表象。為簡化記載數(shù)據(jù)，事前編制好各事情代碼，記載進(jìn)程只記載代碼，大大提高程序效率。建立結(jié)構(gòu)體如下：

在操作練習(xí)進(jìn)程中測控計算機每隔50ms對下位機進(jìn)行操控及輪詢，并記載反應(yīng)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)記載時以50ms為一個單位。選用定時器對時刻進(jìn)行操控。在回放進(jìn)程中首要比對當(dāng)時時刻和所記載的時刻，當(dāng)所記載的時刻與當(dāng)時時刻吻合時測控計算機操控下位機履行該事情，完結(jié)事情回放。

Arduinomega2560操控器擔(dān)任接納測控計算機的操控指令并履行指令，讀取語音辨認(rèn)成果，對聲強數(shù)據(jù)收集和處理，操控語音組成單元進(jìn)行語音組成等。Arduinomega2560操控器選用串口中止的方法進(jìn)行指令接納。

測控計算機一旦正確接收到指令，就會執(zhí)行并傳回結(jié)果。如果測控計算機在限定的時間內(nèi)沒有得到回傳結(jié)果，就會顯示出故障，測控計算機就需要重新發(fā)送指令。下面顯示了數(shù)據(jù)接收的流程。本文運用智能語音芯片對模擬練習(xí)器的示教與播放系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，該系統(tǒng)目前還不能支持當(dāng)前流行的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，僅能支持MCU操作。本系統(tǒng)還可用于小型便攜設(shè)備，具有出色的使用前景。