0 引言

　　隨著短距離無線通信技術的發展，WLAN，Bluetooth，IrDA，HomeRF，ZigBee等技術已經被逐步應用于智能家居、工業控制及環境監測等眾多領域，而語音識別技術作為一門交叉學科，也被廣泛應用于工業、家電、醫療等領域。將語音識別與無線通信技術相結合應用于智能家居領域，使人們能夠直接通過語音對家電進行控制，能夠讓人們享受現代科技在現實生活中的應用。基于IEEE 802.15.4協議的ZigBee通信技術具有功耗低、低成本、短距離、安全可靠、自組織網等特點。本文將凌陽科技的具有豐富語音處理功能的16位 SPCE061A單片機與射頻芯片CC2530相結合設計了ZigBee語音識別節點，它能夠與基于SUMSUNG的S3C6410開發平臺的智能家居控制網關進行串口通信，網關在處理信息后，能夠顯示控制設備的狀態，并通過ZigBee無線網絡與家庭內的多個子節點通信，從而實現了對家電設備的語音智能控制。

　　1 系統總體設計

　　系統總體結構如圖1所示，主要包括基于Samsung的S3C6410平臺的網關、基于SPCE061A的語音ZigBee子節點、電器繼電器控制ZigBee子節點、電器紅外控制ZigBee子節點等。其中各子節點與網關之間通過星型拓撲結構進行連接。

　　在對語音子節點進行訓練之后，當語音節點采集接收到語音控制命令時，執行語音識別指令，通過CC2530收發模塊發送相應的控制指令到網關的主節點上。主節點將接收到控制指令通過串口上傳到網關主機，主機在處理信息之后，再通過主節點發送相應的控制指令到控制子節點上，控制子節點在接收到相應的命令之后就會執行相應的動作，對被控對象進行控制。

　　2 系統硬件設計

　　（1）網關。采用基于ARM11架構的三星S3C6410處理器，與ZigBee主節點之間通過串口方式進行通信。S3C6410是基于ARM1176JZF-S的16/

　　32位的低功率消耗、高性能的RSIC通用處理器。其開發平臺具有豐富的外圍接口資源。其中，可以支持4個UART接口，支持DMA和 Interrupt模式，最高速度可達3 Mb/s。ZigBee主節點在系統啟動時，作為協調器啟動和控制ZigBee網絡，當網絡建立后，負責接收語音節點的控制信息以及發送相應的控制信息到各ZigBee子節點。

　　（2）語音子節點。由凌陽科技的SPCE061A單片機與ZigBec收發節點模塊組成。SPCE061A是凌陽科技推出的以μ’nSPTM為核心的16位結構的微控制器。具有8通道10位A/D轉換輸入功能，內置自動增益控制功能的麥克風輸入方式以及雙通道10位DAC方式的音頻輸出功能。在使用SAC M_S240凌陽音頻編碼方式時，可以容納長達210 s的語音數據。因此被廣泛應用于數字語音識別領域中。

　　（3）電器控制繼電器子節點。由繼電器模塊與ZigBee收發節點組成。由于我國市電電壓在220 V左右，為了實現對部分家電開關的控制，采用繼電器模塊，并通過ZigBee通信模塊的CC2530芯片的I/O引腳及其外圍驅動電路，實現對繼電器模塊的吸合與釋放控制。可以控制窗簾、燈光等開關型電器。

　　（4）紅外控制子節點。由學習型紅外控制模塊與ZigBee收發子節點組成。目前，紅外遙控類型的家用電器的比例正逐步攀升。因此本文在設計研究中采用了學習型的紅外控制模塊，它與ZigBee收發子節點之間通過串口進行通信。首先使用一個或多個紅外模塊對現有的家電（如電視機、DVD、空調、投影儀等）紅外遙控器的信號進行學習，把相應的編碼存放到紅外模塊的存儲器E2PROM中，每條代碼對應一個地址。當該

　　ZigBee節點接收到指令需要對某一家電進行控制時，紅外模塊就會根據指令調取該地址下的紅外發射編碼數據進行發射，從而實現對紅外型家用電器的語音控制。

　　（5）基于CC2530的ZigBee無線收發模塊。CC2530是TI公司推出的基于IEEE 802.15.4協議的片上系統。內嵌增強型單周期的8051CPU，具有8 KB的SRAM、2個支持多種串行通信協議的USART、21個通用的I/O引腳、寬電壓范圍（2～3.6 V）、低功耗（主動模式RX：24 mA;主動模式TX在1 dBm：29 mA）以及電源電量可監控等特點。在ZigBee協議棧中UART具有中斷、DMA兩種模式，本文設計中均采用了UART的中斷模式。

　　3 系統軟件設計

　　系統軟件設計主要包括下位機軟件與上位機軟件設計。在下位機程序設計過程中有2個關鍵點：對數字語音信號的采集、處理與識別;ZigBee收發模塊對控制信號的接收、發送與執行。而在上位機軟件設計中，主要是基于Visual C++的串口通信的編程。

　　上位機主程序流程圖如圖2所示。

　　S3C6410開發平臺具有4個UART接口，在研究設計中，采用了芯片MAX 3232來解決ZigBee通信模塊的CC2530芯片與該開發平臺之間的串口通信電平轉換。上位機通過串口接收語音子節點的控制指令數據，將數據處理后用文字顯示控制命令，并通過與ZigBee主節點之間的串口通信，向子節點發送控制指令數據。

　　單片機SPCE061A的UART數據格式只有一種，需按照規定的數據格式與CC2530模塊進行串口通信。該程序在凌陽科技的μ’nSP IDE集成開發環境下進行開發，并采用凌陽科技提供的語音處理函數以及函數庫。語音子節點程序流程圖如圖3所示。

　　由于單片機SPCE061A在進行語音識別時，一次性只能同時識別5條語音指令。為了增加其所能識別的語音指令，本文采用了分組法，能夠在存儲器允許的情況下識別多條語音指令。在燒錄完程序首次使用該節點時，要對該節點進行訓練。在該節點的語音提示下，依次錄入4組命令，每組分5條語音指令，為了提高識別的質量，每條命令需要訓練兩遍。在語音訓練結束后，啟動該智能家居系統就能夠對家居進行語音控制，且能夠實現非特定人語音識別。

　　為了利用語音命令實現ZigBee語音子節點的“重新訓練”，“停止識別”等控制，方便實際應用，本文在程序設計過程中采用goto無條件語句，部分程序源代碼如下：

　　利用學習型紅外收發模塊對紅外電器進行控制時，首先要對控制信號進行學習，將要發送的編碼與CC2530輸出的串口指令相對應。控制指令電器紅外控制ZigBee子節點的程序流程圖如圖4所示。