智能門禁中有語音識別和RFID技術(shù)會變得怎樣

0.引言

RFID （Radio Frequency Identification） 即無線射頻識別， 是一種短距離無線通信技術(shù)。與其它短距離無線通信技術(shù) WLAN、藍(lán)牙、紅外、ZIGBEE、UWB 相比，最大的區(qū)別在于 RFID 是被動工作模式。RFID 技 術(shù)采用大規(guī)模集成電路計(jì)算、電子識別、計(jì)算機(jī)通信等技術(shù)，通過讀寫器和安裝于載體上的 RFID 標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)對載體的非接觸識別和數(shù)據(jù)信息 交換，加上其方便快捷、識別速度快、數(shù)據(jù)容量大、使用壽命長、標(biāo)簽數(shù) 據(jù)可動態(tài)更改等特點(diǎn)， 因此較條碼而言具有更好的安全性、動態(tài)實(shí)時通信等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于家庭、 賓館、公司等門禁系統(tǒng)。

ASR（Automatic Speech Recognition），即語音識別技術(shù)，其目標(biāo)是將人類語音中的詞匯內(nèi)容轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可讀的輸入數(shù)據(jù)。ASR 技術(shù)所要解決的問題是讓計(jì)算機(jī)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(shù)在“能聽會說”的智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中扮演著重要角色，相當(dāng)于給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安裝上“耳朵”使其具備，“能聽”的功能，從而實(shí)現(xiàn)信息時代利用“語音”這一最自然、最便捷的手段進(jìn)行人機(jī)通 信和交互。將RFID技術(shù)和ASR技術(shù)運(yùn)用到門禁系統(tǒng)，能使門禁系統(tǒng)更加安全、人性化和智能化。

1.總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖 1 為系統(tǒng)總體的硬件結(jié)構(gòu)框圖。系統(tǒng)以凌陽SPCE061A單片機(jī) 為核心器件、結(jié)合射頻識別（RFID）技術(shù)和語音識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)雙重安全性，并采用了LCD12864顯示用戶刷卡信息。門禁系統(tǒng)還通過串口與上位機(jī)進(jìn)行通信。

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

射頻識別技術(shù)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(jī)內(nèi)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(wù)。同時，凌陽 SPCE061A 單片機(jī)語 音識別的誤辨率低，可以彌補(bǔ)卡片丟失后， 不法分子利用卡片開啟門禁進(jìn)入大門的缺陷。

12864液晶顯用戶卡號、刷卡時間、 刷卡次數(shù)并顯示卡號是否錯誤。

系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.主要硬件電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要硬件電路包括射頻卡讀卡器電路和電子鎖驅(qū)動電路。

2.1射頻卡讀卡器電路原理及組成

當(dāng)射頻卡讀卡器與卡進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，讀卡器發(fā)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(chǎn)生一個瞬間電量來供給卡內(nèi)芯片工作;另一部分是指令和數(shù)據(jù)信號，控制卡片的芯片完成數(shù)據(jù)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(jì)數(shù)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(jì)數(shù)模塊產(chǎn)生的 125KHz 正弦信號通過線圈為射頻卡提供了載波。射頻卡經(jīng)線圈的感應(yīng)后，載波和數(shù)據(jù)信號一起進(jìn)入濾波 模塊。載波和數(shù)據(jù)信號經(jīng)濾波后，載波被濾除，只剩下信號。信號在經(jīng) 過放大和整形模塊后，輸出有效信號。

圖2射頻卡讀卡器電路圖

2.2 電子鎖驅(qū)動模塊電路組成與原理

圖 3 為電子鎖驅(qū)動模塊的電路圖。該模塊電路由光耦、NPN 三極管和達(dá)林頓三極管組成。當(dāng)單片機(jī)IO端為高電平時，光耦導(dǎo)通;同時Q1的NPN三極管導(dǎo)通;由于Q1的發(fā)射極連接達(dá)林頓管Q2的基極，因此達(dá)林頓管導(dǎo)通，從而驅(qū)動電子鎖。

圖3電子鎖驅(qū)動模塊電路圖

3.語音識別功能的實(shí)現(xiàn)

凌陽單片機(jī)語音識別只分為 “訓(xùn)練”“識別”和兩個階段。在訓(xùn)練階段，單片機(jī)對采集到的語音樣本進(jìn)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(jī)對采集到的語音樣本進(jìn)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(jìn)行比較，如果二者達(dá)到一定的匹配度，則輸入的語音被識別。為了避免單片機(jī)每次上電都必須重新進(jìn)行語音樣本 “訓(xùn)練”的缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)的語音識別功能在上述原理的基礎(chǔ)上，加入了將語音樣本模型寫入FlashRom的過程，“訓(xùn)練”只需一次即可重復(fù)進(jìn)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(jìn)行語音識別。若 FlashRom 中沒有語音樣本模板， 則 開始進(jìn)行樣本的 “訓(xùn)練”在 ，“訓(xùn)練” 結(jié)束后，“訓(xùn)練” 將 得到的語音樣本模 板存入 FlashRom， 然后開始語音識別。

圖 4 語音識別程序流程圖

4.上位機(jī)實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)在有許多編程語言可用來編寫上位機(jī)，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(yōu)點(diǎn)：

（1） C#語言類似C語言，若有C語言的基礎(chǔ)，那么C#編程就容易得多了。

（2） C#語言含有許多現(xiàn)成的控件可直接調(diào)用，減少了軟件開發(fā)的周期。

（3） 上位機(jī)界面與Windows 操作系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)的界面相同，用戶使用更方便快捷。

因此本系統(tǒng)的上位機(jī)是在 VisualStudio 編程環(huán)境下，采用C#語言編寫的。

圖 5 為上位機(jī)軟件樹形結(jié)構(gòu)圖，上位機(jī)通過與下位機(jī)串口通訊，得到用戶卡號、刷卡時間、 用戶進(jìn)門次數(shù)的數(shù)據(jù)，并將這些信息存入數(shù)據(jù)庫。上位機(jī)還可對卡號進(jìn)行添加/刪除以控制門禁系統(tǒng)的用戶數(shù)。

圖 5 上位機(jī)軟件樹形結(jié)構(gòu)圖

5.總結(jié)

本文介紹了以凌陽SPCE061A單片機(jī)為核心，結(jié)合射頻卡讀卡模塊、語音識別模塊、LCD12864顯示模塊和上位機(jī)的智能門禁系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。具體優(yōu)點(diǎn)如下：

一方面， 該門禁系統(tǒng)使用的是RFID射頻識別技術(shù)，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(shè)計(jì)還應(yīng)用語音識別功能。只有特定人員才能進(jìn)入門禁系統(tǒng)，提高了門禁系統(tǒng)的安全性，也避免了卡片丟失時不法分子利 用卡片進(jìn)入門禁的缺點(diǎn)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，系統(tǒng)已基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期設(shè)定的功能，運(yùn)行較穩(wěn)定，效果良好。

責(zé)任編輯：ct