SU03T語音模塊工作原理

一、硬件設計

SU03T語音模塊是一個集成了語音控制的聲音識別模塊。它採用專用的音頻處理芯片VAG6810和一顆STM32F103芯片配合使用。

這個模塊主要由麥克風、按鍵外設、幾個芯片以及連接線組成。其中麥克風負責收集用戶的語音指令，外設負責讀取按鍵開關狀態，音頻處理芯片負責對聲音進行處理，STM32F103芯片負責控制模塊的運行和對外部天線的控制。

下面是連接線的具體接口：

GND     -   地線
VCC     -   電源正極
TXD     -   數據輸出
RXD     -   數據接收
ADC     -   麥克風輸入管腳
KEY     -   按鍵輸入管腳
SP+/-   -   喇叭輸出管腳
ANT     -   外接天線控制管腳

二、語音指令匹配

SU03T模塊支持18種語音指令的控制。當用戶說出語音指令時，模塊會將指令與預定義的指令進行匹配。如果匹配成功，模塊就會執行相應的操作，例如開啟或關閉設備。

語音指令匹配過程如下：

1. 用戶說出語音指令，麥克風收集聲音信號。
2. 模塊將麥克風收集到的聲音信號轉化為數字信號，即語音指令。
3. 模塊用快速傅里葉變換（FFT）對語音指令進行處理得到一個頻譜圖。
4. 將頻譜圖與預定義的模板進行比較，找到最佳匹配。
5. 根據最佳匹配確定語音指令的類型，執行相應的操作。

下面是匹配指令的部分代碼：

#define CMD_NUM     18
#define CMD_BUF_LEN 100

//定義18種語音指令
static char* cmdBuf[CMD_NUM] = {
    "KZMSLW", "GBMSLW", "KJMJT", "GSMJT", "KJPZMT", "GSPZMT",
    "BZFX", "GGFX", "ZCFS", "CQWJ", "TCWJ", "CYKZ", "GFJX", "SZCZ",
    "TCTK", "CTTK", "SJTK", "AKTK"
};

//匹配語音指令
void matchCmd(char* cmd)
{
    char buf[CMD_BUF_LEN];
    memcpy(buf, cmd, strlen(cmd));
    buf[strlen(cmd)] = '\0';
    for(int i = 0; i < CMD_NUM; i++)
    {
        if(strcmp(buf, cmdBuf[i]) == 0)
        {
            //執行相應操作
            executeCmd(i);
            break;
        }
    }
}

三、語音識別率控制

由於語音指令的識別受到外部環境的干擾，因此在設計SU03T模塊時需要考慮控制語音識別率的問題。

為了提高語音識別率，可以採取以下措施：

• 在開發過程中，需要對模塊進行多場景的測試，收集不同環境下的語音信號。
• 通過調整麥克風的位置和方向來獲取更清晰的語音指令。
• 對預定的語音模板進行優化和更新，提高匹配的準確度。

四、語音合成

SU03T模塊還具有語音合成功能。當用戶需要模塊回應時，模塊可以自動生成語音並輸出到外部喇叭。

語音合成過程如下：

1. 選擇合成所需語音的文字內容。
2. 將選定的文字轉化為對應的音素序列。
3. 利用差分重構技術生成語音波形。
4. 將合成的語音波形輸入到輸出緩衝區並輸出到外部喇叭。

下面是合成語音的部分代碼：

//輸入的文本信息，最多60個字
#define INPUT_TEXT_LEN 60
static char inputText[INPUT_TEXT_LEN] = "歡迎您使用SU03T語音模塊！";

//TTS合成
void TTS(void)
{
    uint16_t i;
    char *inputVocoderString = inputText;
    
    //將文字轉換成語音波形數據
    VOCODER_ProcessString(&inputVocoderString, outputBuffer);
    
    //寫入音頻數據到DA輸出
    for(i = 0; i DHR12R1 = (unsigned int)outputBuffer[i];
        while(!DAC_GetFlagStatus(DAC_FLAG_DMAUDR1)){};
        DAC_ClearFlag(DAC_FLAG_DMAUDR1);
    }
}