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大学生创新实验计划项目开题报告特定人声识别电磁密码锁项目组成员：巩志远吕全辉陈颖谢红波指导导师：王静波当前智能型门卫系统中利用的识别技术有很多种,其中基于特定人的身份识别的技术也有很多,但相对于其他技术,语音识别技术是目前公认的比较方便与安全的识别技术之一,该技术是利用人体生物特征进行身份认证的一种技术。由于每个人的生物特征与其他人相比具有不同的唯一性和在一定时期内不变的稳定性,因此不易伪造和假冒,所以利用语音识别技术进行身份认证,安全、准确、可靠。本项目设计的智能门控系统采用的语音识别技术,即利用语音控制智能系统来执行对门禁系统的操作,并随语音的不同给予相应的语音回答与提示。语音识别与其他生物识别技术相比,不仅具有不会遗失和忘记、不需记忆、使用方便等优点,而且还具有用户接受程度高,声音输入设备造价低廉等优点。由于涉及不到用户的隐私问题,所以可以方便的推广应用。技术路线与可行性由于语音识别的目的和作用不同,识别又分为说话人识别和语音识别。其中说话人识别,可分为与文本有关和与文本无关两类。与文本有关的语音识别系统要求用户按照规定的内容发音,每个人的语音模型逐个被精确地建立,而识别时也必须按规定的内容发音,因此可以达到较好的识别效果;而与文本无关的识别系统则不规定说话人的发音内容,模型建立相对困难,但用户使用方便,应用范围较宽。从用途上看,可分为说话人识别和说话人确认。前者判定某一待识别的声音是多个话者中的一个,是多选一的问题,属于闭集识别范围。后者判定一个待识别的声音“是或不是”某一特定说话者的语音,其输出只有两种结果,为肯定或否定的问题。系统的核心处理器实现与文本有关的说话人的确认,然后执行相应的命令与操作。该系统主要由说话人识别模块、门锁控制电机以及门锁等部分组成。在训练时,说话人的声音通过麦克风进入说话人语音信号采集前端电路,由语音信号处理电路对采集的语音信号进行特征化和语音处理,提取说话人的个性特征参数并进行存储,形成说话人特征参数数据库。在识别时,将待识别语音与说话人特征参数数据库进行匹配,通过输出电路控制门控电机,最终实现对门锁的控制。本系统的硬件部分由单片机、音频输出电路、音频输入电路、语音识别电路、门锁控制电路、FLASH电路和按键电路等部分组成硬件系统主要完成的任务是将语音信号数字化,实现语音数据的采集、上传、保存、识别及播放。嵌入式系统μC/OS-II是专门为计算机的嵌入式应用设计的，绝大部分代码是用C语言编写的。CPU硬件相关部分是用汇编语言编写的、总量约200行的汇编语言部分被压缩到最低限度，为的是便于移植到任何一种其它的CPU上.最主要的特点就是源码公开。它是免费的，户可以根据自己的需要对它进行修改。uC/OS-II是一个占先式的内核，即已经准备就绪的高优先级任务可以剥夺正在运行的低优先级任务的CPU使用权uC/OS-II在单片机系统中的启动过程比较简单，不像有些操作系统那样，需要把内核编译成一个映像文件写入ROM中，上电复位后，再从ROM中把文件加载到RAM中去，然后再运行应用程序。uC/OS-II的内核是和应用程序放在一起编译成一个文件的，使用者只需要把这个文件转换成HEX格式，写入ROM中就可以了，上电后，会像普通的单片机程序一样运行。由以上介绍可以看出，uC/OS-II具有免费、使用简单、可靠性高、实时性好等优点，固本项目拟采用uC/OS-II。系统结构1、语音采集2、信号处理3、显示系统4、电磁门锁数字麦克风带通滤波器处理器信号采集本项目采用数字麦克风作为传感器。数字麦克风出的是数字信号，而不是通常的模拟信号。基本结构为一个换能器，用于产生代表声信号的模拟信号(通常由驻极体振膜及其背电极来完成的)；数字麦克风抗干扰能力强，无需像传统传声器那样内置高频滤波电容、滤波器电路。数字麦克风已不像传统传声器那样，只是一个FET晶体管的简单转换放大电路，而是集成了前置放大器、休眠模式、立体声输入等应用功能。由于人的声音的频率300Hz—3400Hz，所以将采用通频带280Hz—3500Hz的带通滤波器进行滤波。开始初始化RAM执行训练，获得训练结果训练成功返回YN开始初始化识别器获得识别结果识别出语音命令执行相应操作返回NY开始定时采集语音样本返回训练过程中断服务识别过程语音特征模型特定人语音识别程序流程信号处理简单地说，语音识别主要包括4个步骤：1、提取语音样本，建立特定语音模型2、对待对比的语音输入系统并进行特征提取3、将提取的语音信号与计算机内的语音模型进行匹配4、将匹配结果进行输出或转化为特定的指令语音信号分析是语音信号处理的前提和基础，只有分析出可表示语音信号本质特征的参数，才有可能利用这些参数进行高效的语音识别，而且语音识别率的高低，也直接取决于对语音信号分析的准确性和精确性。数字语音的端点检测出来后，即可对数字语音的每一帧11进行声学参数分析，提取特征参数。语音信号是短时准平衡的随机过程，具有很强的时变特性。时域特征主要有语音的短时平均能量和短时平均过零率及基音周期。特征提取通常忽略同一个数字串由不同说话者所发出的音调和响度的不同，而把重点放在语音的频域特征中，语音的时域特征可以作为一种超音段信息用于语音识别中。特征提取数字串划分成几帧之后，接着检测每帧的频谱特征。利用单片机不能直接能处理音频信号,但由于信号都是连续的、不规则的的，本项目中音频信号已由数字麦克风处理后输入单片机所以单片机直接能处理，利快速傅里叶变换，将信号由时域变到频域，把一个信号变为有很多个不同频率不同幅度的正弦信号组成，这样单片机就能处理了，但又由于傅里叶变换中要用到卷积计算，计算量很大，单片机算不过来，可利用快速傅里叶变换，大大降低了运算量，使得让单片机处理信号成为可能。本项目涉及到快速傅里叶变换及其他大量数学计算故必须利用Matlab进行辅助设计来建立模型和进行计算。显示系统利用TFT触屏模块来显示操作界面并进行交互操作，TFT可显示更多信息同时可以显示绚丽的操作和互动界面。由于其自带触屏可省去很多按键与I/O接口。磁力锁磁力锁的设计和电磁铁一样，当电流通过硅钢片时，电磁锁会产生强大的吸力紧紧的吸住吸附铁板达到锁门的效果。只要小小的电流电磁锁就会产生莫大的磁力，控制电磁锁电源的门禁系统识别人员正确后即断电，电磁锁失去吸力即可开门。电磁锁没有复杂的机械结构以及锁舌的构造，适用在逃生门或是消防门的通路控制。