本文基于单片机模块、LD3320 语音识别模块和双自由度云台模块，设计了一种具备非特定人语音识别能力的智能语音控制系统——智能地球仪。该地球仪通过识别用户给出的任一国家名称命令驱动云台转动，使地球仪上的目标国家正对用户，同时点亮代表该国首都的 LED 灯，并播放该国家的概况信息。它可用于地理教学，是一种性能可靠、功能强大、趣味性强的教学模具。

语音芯片 LD3320 是一款基于非特定人语音识别技术的声控芯片，可以实现语音识别及 MP3 播放功能。为使其正常工作，共有 42 个引脚需要配置，单独使用 AT89S52 单片机无法直接完成对该芯片的配置；虽然采用扩展 I/O 口的做法也能实现，但为使整个系统更加稳定可靠地工作，本文选用单片机 STC10L08XE 作为协处理器 MCU，完成对 LD3320 语音模块的控制。

一、云台转动电路

双自由度云台有 4 个控制转动方向的端口，分别是水平左转、水平右转、上升和下降，需要 24 V 交流电驱动；而语音识别结果的二进制序列经过解码后由单片机 AT89S52 的 I/O 口输出，其端口电平是 0～5 V 直流。为使单片机能够根据语音识别结果驱动云台转动，在 AT89S52 和云台之间放置一个电流放大器件 ULN2003。ULN2003 是大电流、高耐压达林顿阵列，包括 7 个达林顿管，在 5 V 工作电压下能够与 TTL 和 CMOS 电路直接相连，从而可以直接处理原来需要标准逻辑缓冲器处理的数据。

控制云台转动方向的 4 个端口 D_Right、D_Left、D_Up、D_Down 分别与继电器 K1、K2、K3、K4 相连，单片机 AT89S52 根据解码后的语音识别结果控制继电器的断开和闭合，从而控制云台转动的方向和角度。云台转动电路如图 1 所示。

图 1　云台转动电路

二、语音识别播放电路

语音识别播放电路主要由语音芯片 LD3320、STC10L08XE 单片机及其他外围电路构成。LD3320 内部固化有完整的非特定人语音识别特征库和高效的非特定人语音识别搜索引擎模块，不需要事先训练和录音，只需单片机把候选识别语句的拼音串传入芯片内部，即可通过芯片内部的 DSP 算法找出最佳识别结果。该芯片还支持 MP3 播放功能，此时需要外接 Flash 芯片存储播放的声音素材等数据；STC10L08XE 单片机读取串行存储芯片中的 MP3 数据并依次送入 LD3320 芯片内部，即可从芯片的相应引脚输出声音。STC10L08XE 与 LD3320 之间采用并行通信方式，在硬件上需要使用 8 根数据线和 4 个控制信号将两者并行连接。

三、复位电路

为保证智能地球仪在每次上电启动或复位操作后具有唯一确定的位置，需要为其设定起始转动位置。当云台转到初始位置时，给单片机 AT89S52 发送一个判断信号，表示复位完成、可以开始语音识别；本设计利用光电开关完成这一信号的给定。光电开关利用被检测物体对光束的遮挡或反射检测物体的有无，一般包括发射部分和接收部分：发射部分由发光管辐射出光脉冲，接收部分为光敏三极管，当没有物体遮挡时光敏三极管导通、电阻极小，当有物体遮挡时电阻极大。

系统在云台平台侧面设置挡板，并在初始位置固定光电开关。当云台转至初始位置时，挡板正好停在光电开关中央，使光电开关处于截止状态，此时向单片机输出一个低电平信号（逻辑 0）。该信号接在 AT89S52 单片机的 P3_7 引脚。

四、小结

本文采用低成本模块化设计，使用单片机控制模块、语音识别模块及云台转动模块，设计了一款能把用户的声控命令转化为国家地理位置的智能地球仪。该地球仪能够识别任意用户说出的国家名称，驱动云台转动使目标国家正对用户，点亮代表该国首都的彩色 LED 指示灯，并语音播放该国的详细介绍，包括人口、面积、现任领导人、地理、历史、气候、资源等。与其他智能地球仪相比，该产品易于操作、趣味性强，能激发学生的好奇心和求知欲，同时设计简单、成本低廉，更适合在各学校普及使用。