自动电梯语音控制系统的设计

摘  要：介绍了用新型、低成本语音识别集成电路AP7003设计的自动电梯语音控制系统。
关键词：语音识别；集成电路；电梯；控制

引言

AP7003是一款新型、低成本的语音识别专用集成电路，用AP7003构成的语音识别电路，电路结构简单、外围元器件少，设计、制作、调试及操作十分容易。用AP7003设计的自动电梯语音控制系统，利用语音代替人工按键，控制电梯的自动运行，既方便了乘客，又提高了自动电梯的效率和智能化水平，进一步体现了自动电梯的安全性和人性化，可提高产品的竞争力。

AP7003简介

内部功能框图

AP7003内置有麦克风放大器、A/D转换器、语音处理器和I/O控制器等电路，其功能框图如图1所示。

引脚功能

AP7003包括AP7003-01（由CPU串行控制）和AP7003-02（由按键直接控制）两种型号，经预处理后可识别12组不同的字词，每组1.5秒时长，可连词或单词识别，可控制不同的输出开关,完成指定的功能。AP7003具有高度的I/O可编程性，使用简单方便，可广泛应用于智能玩具、识别控制、自动答录等领域。AP7003-02为双列直插40脚封装，其引脚图如图2所示。

 表1  AP7003-02引脚功能

操作过程和工作原理

语音识别电路的操作分为两大部分，首先必须将标准字句录入，第二步操作才是识别模式。

在需要做识别操作时，目标字句必须已存入内部的12个存贮区，可以用键盘来选择存贮区或用适当的命令控制将字句录入，每个存贮区可以存放长达1.5秒的字句。

可用外部的麦克风或其它媒体输入语音或字句内容，经过内部麦克风放大器准确放大之后，语音信号的内容被A/D转换器数字化，内部声效处理器将数字化后的语音或字句里的特征进行抽样并存储。

进入语音识别操作模式后，输入的语音被声音处理器特征抽样，同存储在内部的目标字句的抽样特征进行比较，必须是刚好同所选择的识别的目标字匹配，结果才输入信号至PA口使相应的发光二极管发光或进行相应的控制。

自动电梯语音控制系统设计

根据AP7003的性能和特点，我们用其设计了一个低成本的自动电梯语音控制系统，与自动电梯原有的按键控制系统并用，在不影响电梯原有的功能和可靠性的基础上，使电梯增加语音控制功能，以方便乘客，提高自动电梯的效率和智能化水平。

自动电梯语音控制系统由语音提示电路和语音控制电路两部分组成。

语音控制系统的功能

自动电梯语音控制系统具有以下功能：

1）具有语音提示功能，当有乘客来到电梯前或进入电梯后，可用语音提示乘客发出语音命令，控制电梯的运行。

2）能准确识别“上”、“下”、“开门”、“关门”、“1楼”、“2楼”、“3楼”……等语音命令，并有相应的控制信号输出。

3）根据使用场合和楼层的不同，可设置不同的语音命令进行识别。

4）安全可靠，不会影响电梯原有的功能。

当乘客来到电梯前时，发出提示语音：“请问：您是上还是下？”回答：“上”或“下”，则相应的指示灯即亮。

当乘客进入电梯中后，发出提示语音：“请问：您去几楼？”回答：“1楼”或“2楼”等即可，相应的指示灯也会亮起来。

在电梯中，乘客还可发出“开门”、“关门”的命令，如同按下电梯中的“开门”、“关门”按钮一样。

语音控制电路的结构

语音控制电路的核心是AP7003-01或AP7003-02语音识别集成电路，外围电路由语音输入电路、状态转换控制电路和输出控制电路等组成。语音控制电路原理图如图4所示。

图中，语音输入电路由MIC、R₅、R₆、R₇、C₄和C₅等组成，状态转换控制电路由T₁、D₁、D₂、R₁、R₂、R₃、R₄、C₁、C₂和C₃等组成，输出控制电路由T₂～T₁₃、J₁～J₁₂和R₈～R₁₉等组成。

因AP7003只有12个输出控制端，所以在每一个电梯间门口，需安装一片语音控制电路，用于控制“上”和“下”两个按钮。在电梯内，视楼层数的多少，需安装一片或多片语音控制电路，用于控制“开门”、“关门”两个按钮和楼层按钮。一般10层以下楼房需安装一片，22层以下楼房需安装两片，34层以下楼房需安装三片语音控制电路，......以此类推。

由于篇幅限制，语音提示电路将另文介绍。

语音控制电路的工作原理

标准语音控制命令事先可用按键控制由外部的麦克风录入或用计算机控制由其它媒体输入，存储在内部的存储器中。用按键控制的语音录入可用图3所示的电路进行，用计算机控制的语音输入电路不在本文介绍。

正常使用时，AP7003处于识别操作模式，乘客发出的语音命令由MIC转换成模拟电信号送至AP7003内部，经MIC放大器放大，A/D转换器进行数字化，输入的语音被声音处理器特征抽样，同存贮在内部的目标字句的抽样特征进行比较，必须是刚好同所选择的识别的目标字匹配，结果才输出信号至相应的PA口（POA1～POA12）。因POSL端接高电平，所以相应的PA口输出为高电平，晶体管T₂～T₁₃中相应的一个导通，继电器J₁～J₁₂中相应的一个触点闭合，电梯控制面板上相应的指示灯亮，相当于按下了某一按键。此时，由于LED2端由高电平变为低电平，晶体管T₁导通，PORES端变为高电平，PA口复位为低电平，等待下一命令的输入。

经过多次试验，语音识别电路的识别率大于80%，即使识别错误，也不会对电梯的安全运行有任何影响。

结语

    目前高层建筑安装自动电梯的越来越多，医院、宾馆等公共场合的自动电梯也越来越多，采用语音控制系统的自动电梯具有很大的市场潜力。目前国内外未见自动电梯语音控制系统投入使用，用AP7003设计的自动电梯语音控制系统可以为电梯生产厂家的产品升级换代，提高产品的竞争力，也可以对现有的正在运行的自动电梯进行改造，因而具有较大的应用价值。