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智能門禁中有語音識別和RFID技術會變得怎樣

發布時間:2019-12-11

RFID (Radio Frequency Identification) 即無線射頻識別, 是一種短距離無線通信技術。與其它短距離無線通信技術 WLAN、藍牙、紅外、ZIGBEE、UWB 相比,最大的區別在于 RFID 是被動工作模式。RFID 技 術采用大規模集成電路計算、電子識別、計算機通信等技術,通過讀寫器和安裝于載體上的 RFID 標簽,實現對載體的非接觸識別和數據信息 交換,加上其方便快捷、識別速度快、數據容量大、使用壽命長、標簽數 據可動態更改等特點, 因此較條碼而言具有更好的安全性、動態實時通信等優點,所以被廣泛應用于家庭、 賓館、公司等門禁系統。

ASR(AutomaTIc Speech RecogniTIon),即語音識別技術,其目標是將人類語音中的詞匯內容轉換為計算機可讀的輸入數據。ASR 技術所要解決的問題是讓計算機能夠“聽懂”人類的語音,將語音中包含的文字信息“提取”出來。ASR技術在“能聽會說”的智能計算機系統中扮演著重要角色,相當于給計算機系統安裝上“耳朵”使其具備,“能聽”的功能,從而實現信息時代利用“語音”這一最自然、最便捷的手段進行人機通 信和交互。將RFID技術和ASR技術運用到門禁系統,能使門禁系統更加安全、人性化和智能化。

1.總體結構設計

圖 1 為系統總體的硬件結構框圖。系統以凌陽SPCE061A單片機 為核心器件、結合射頻識別(RFID)技術和語音識別技術實現系統雙重安全性,并采用了LCD12864顯示用戶刷卡信息。門禁系統還通過串口與上位機進行通信。

用戶先刷卡,單片機將獲取的卡號與自身RAM中的卡號進行比較,如果卡號相同,則進行語音識別。若用戶的語音特征模型與系統已有的語音特征模型吻合,系統便打開電子鎖。在刷卡時,單片機使用 RS232 串口協議與上位機通訊,從而使上位機能得到用戶數據和刷卡信息,并且可以添加、刪除用戶。

射頻識別技術使用的是射頻讀卡模塊和非接觸式ID卡,這樣避免了磁卡刷卡時與讀卡器的摩擦,大大提高了硬件的使用壽命。凌陽 SPCE061A 單片機內部含有語音功能,能夠完成語音錄制、語音播放、語音采樣及語音識別等任務。同時,凌陽 SPCE061A 單片機語 音識別的誤辨率低,可以彌補卡片丟失后, 不法分子利用卡片開啟門禁進入大門的缺陷。

12864液晶顯用戶卡號、刷卡時間、 刷卡次數并顯示卡號是否錯誤。

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系統總體硬件結構框圖

2.主要硬件電路設計

本設計主要硬件電路包括射頻卡讀卡器電路和電子鎖驅動電路。

2.1射頻卡讀卡器電路原理及組成

當射頻卡讀卡器與卡進行數據傳輸時,讀卡器發出的信號由兩部分疊加組成: 一部分是載波信號(125KHz)該信號由卡接收后,與卡自身的LC電路產生一個瞬間電量來供給卡內芯片工作;另一部分是指令和數據信號,控制卡片的芯片完成數據的讀取、儲存等功能,并返回信 號給讀卡器。

圖2 為射頻卡讀卡器電路圖。射頻卡讀卡器電路由信號計數模塊、分頻模塊、線圈、濾波模塊、放大模塊和整形模塊組成。分頻模塊和計數模塊產生的 125KHz 正弦信號通過線圈為射頻卡提供了載波。射頻卡經線圈的感應后,載波和數據信號一起進入濾波 模塊。載波和數據信號經濾波后,載波被濾除,只剩下信號。信號在經 過放大和整形模塊后,輸出有效信號。

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圖2射頻卡讀卡器電路圖

2.2 電子鎖驅動模塊電路組成與原理

圖 3 為電子鎖驅動模塊的電路圖。該模塊電路由光耦、NPN 三極管和達林頓三極管組成。當單片機IO端為高電平時,光耦導通;同時Q1的NPN三極管導通;由于Q1的發射極連接達林頓管Q2的基極,因此達林頓管導通,從而驅動電子鎖。

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圖3電子鎖驅動模塊電路圖

3.語音識別功能的實現

凌陽單片機語音識別只分為 “訓練”“識別”和兩個階段。在訓練階段,單片機對采集到的語音樣本進行分析處理,從中提取語音特征信息,建立特征模型。在識別階段,單片機對采集到的語音樣本進行同樣地分析處理, 提取出語音的特征信息,然后將這個信息與已有的特征模型進行比較,如果二者達到一定的匹配度,則輸入的語音被識別。為了避免單片機每次上電都必須重新進行語音樣本 “訓練”的缺點,本設計的語音識別功能在上述原理的基礎上,加入了將語音樣本模型寫入FlashRom的過程,“訓練”只需一次即可重復進行語音識。

圖 4 是語音識別的程序流程圖, 程序先判斷 FlashRom 中是否有語 音模板, 若有則進行語音識別。若 FlashRom 中沒有語音樣本模板, 則 開始進行樣本的 “訓練”在 ,“訓練” 結束后,“訓練” 將 得到的語音樣本模 板存入 FlashRom, 然后開始語音識別。

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圖 4 語音識別程序流程圖

4.上位機實現

現在有許多編程語言可用來編寫上位機,VB、C++、如C#、JAVA、圖形化語言等等。

考慮到C#語言含有以下幾個優點:

(1) C#語言類似C語言,若有C語言的基礎,那么C#編程就容易得多了。

(2) C#語言含有許多現成的控件可直接調用,減少了軟件開發的周期。

(3) 上位機界面與Windows 操作系統內出現的界面相同,用戶使用更方便快捷。

因此本系統的上位機是在 VisualStudio 編程環境下,采用C#語言編寫的。

圖 5 為上位機軟件樹形結構圖,上位機通過與下位機串口通訊,得到用戶卡號、刷卡時間、 用戶進門次數的數據,并將這些信息存入數據庫。上位機還可對卡號進行添加/刪除以控制門禁系統的用戶數。

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5.總結

本文介紹了以凌陽SPCE061A單片機為核心,結合射頻卡讀卡模塊、語音識別模塊、LCD12864顯示模塊和上位機的智能門禁系統的實現。具體優點如下:

一方面, 該門禁系統使用的是RFID射頻識別技術,即通過非接觸 式 ID 卡來刷卡。避免普通磁卡刷卡時與讀卡器的摩擦,提高硬件使用 壽命。

另一方面,本設計還應用語音識別功能。只有特定人員才能進入門禁系統,提高了門禁系統的安全性,也避免了卡片丟失時不法分子利 用卡片進入門禁的缺點。從實驗結果來看,系統已基本實現了預期設定的功能,運行較穩定,效果良好

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