0.引言

RFID （Radio Frequency Identification） 即無(wú)線射頻識(shí)別， 是一種短距離無(wú)線通信技術(shù)。與其它短距離無(wú)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(dòng)工作模式。RFID 技 術(shù)采用大規(guī)模集成電路計(jì)算、電子識(shí)別、計(jì)算機(jī)通信等技術(shù)，通過(guò)讀寫(xiě)器和安裝于載體上的 RFID 標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)對(duì)載體的非接觸識(shí)別和數(shù)據(jù)信息 交換，加上其方便快捷、識(shí)別速度快、數(shù)據(jù)容量大、使用壽命長(zhǎng)、標(biāo)簽數(shù) 據(jù)可動(dòng)態(tài)更改等特點(diǎn)， 因此較條碼而言具有更好的安全性、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)通信等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于家庭、 賓館、公司等門(mén)禁系統(tǒng)。

ASR（Automatic Speech Recognition），即語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，其目標(biāo)是將人類(lèi)語(yǔ)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(wèn)題是讓計(jì)算機(jī)能夠“聽(tīng)懂”人類(lèi)的語(yǔ)音，將語(yǔ)音中包含的文字信息“提取”出來(lái)。ASR技術(shù)在“能聽(tīng)會(huì)說(shuō)”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(tīng)”的功能，從而實(shí)現(xiàn)信息時(shí)代利用“語(yǔ)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(mén)禁系統(tǒng)，能使門(mén)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(yáng)SPCE061A單片機(jī) 為核心器件、結(jié)合射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)和語(yǔ)音識(shí)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(mén)禁系統(tǒng)還通過(guò)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(hào)與自身RAM中的卡號(hào)進(jìn)行比較，如果卡號(hào)相同，則進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別。若用戶的語(yǔ)音特征模型與系統(tǒng)已有的語(yǔ)音特征模型吻合，系統(tǒng)便打開(kāi)電子鎖。在刷卡時(shí)，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(shí)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(shí)與讀卡器的摩擦，大大提高了硬件的使用壽命。凌陽(yáng) SPCE061A 單片機(jī)內(nèi)部含有語(yǔ)音功能，能夠完成語(yǔ)音錄制、語(yǔ)音播放、語(yǔ)音采樣及語(yǔ)音識(shí)別等任務(wù)。同時(shí)，凌陽(yáng) SPCE061A 單片機(jī)語(yǔ) 音識(shí)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(kāi)啟門(mén)禁進(jìn)入大門(mén)的缺陷。

12864液晶顯用戶卡號(hào)、刷卡時(shí)間、 刷卡次數(shù)并顯示卡號(hào)是否錯(cuò)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(dòng)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(shí)，讀卡器發(fā)出的信號(hào)由兩部分疊加組成： 一部分是載波信號(hào)（125KHz）該信號(hào)由卡接收后，與卡自身的LC電路產(chǎn)生一個(gè)瞬間電量來(lái)供給卡內(nèi)芯片工作;另一部分是指令和數(shù)據(jù)信號(hào)，控制卡片的芯片完成數(shù)據(jù)的讀取、儲(chǔ)存等功能，并返回信 號(hào)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(hào)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(hào)通過(guò)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(hào)一起進(jìn)入濾波 模塊。載波和數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)濾波后，載波被濾除，只剩下信號(hào)。信號(hào)在經(jīng) 過(guò)放大和整形模塊后，輸出有效信號(hào)。

圖2射頻卡讀卡器電路圖

2.2 電子鎖驅(qū)動(dòng)模塊電路組成與原理

圖 3 為電子鎖驅(qū)動(dòng)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(shí)，光耦導(dǎo)通;同時(shí)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(dòng)電子鎖。

圖3電子鎖驅(qū)動(dòng)模塊電路圖

3.語(yǔ)音識(shí)別功能的實(shí)現(xiàn)

凌陽(yáng)單片機(jī)語(yǔ)音識(shí)別只分為 “訓(xùn)練”“識(shí)別”和兩個(gè)階段。在訓(xùn)練階段，單片機(jī)對(duì)采集到的語(yǔ)音樣本進(jìn)行分析處理，從中提取語(yǔ)音特征信息，建立特征模型。在識(shí)別階段，單片機(jī)對(duì)采集到的語(yǔ)音樣本進(jìn)行同樣地分析處理， 提取出語(yǔ)音的特征信息，然后將這個(gè)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(yǔ)音被識(shí)別。為了避免單片機(jī)每次上電都必須重新進(jìn)行語(yǔ)音樣本 “訓(xùn)練”的缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)的語(yǔ)音識(shí)別功能在上述原理的基礎(chǔ)上，加入了將語(yǔ)音樣本模型寫(xiě)入FlashRom的過(guò)程，“訓(xùn)練”只需一次即可重復(fù)進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)。

圖 4 是語(yǔ)音識(shí)別的程序流程圖， 程序先判斷 FlashRom 中是否有語(yǔ) 音模板， 若有則進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別。若 FlashRom 中沒(méi)有語(yǔ)音樣本模板， 則 開(kāi)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(yǔ)音樣本模 板存入 FlashRom， 然后開(kāi)始語(yǔ)音識(shí)別。

圖 4 語(yǔ)音識(shí)別程序流程圖

4.上位機(jī)實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)在有許多編程語(yǔ)言可用來(lái)編寫(xiě)上位機(jī)，VB、C++、如C#、JAVA、圖形化語(yǔ)言等等。

考慮到C#語(yǔ)言含有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1） C#語(yǔ)言類(lèi)似C語(yǔ)言，若有C語(yǔ)言的基礎(chǔ)，那么C#編程就容易得多了。

（2） C#語(yǔ)言含有許多現(xiàn)成的控件可直接調(diào)用，減少了軟件開(kāi)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(yǔ)言編寫(xiě)的。

圖 5 為上位機(jī)軟件樹(shù)形結(jié)構(gòu)圖，上位機(jī)通過(guò)與下位機(jī)串口通訊，得到用戶卡號(hào)、刷卡時(shí)間、 用戶進(jìn)門(mén)次數(shù)的數(shù)據(jù)，并將這些信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)。上位機(jī)還可對(duì)卡號(hào)進(jìn)行添加/刪除以控制門(mén)禁系統(tǒng)的用戶數(shù)。

圖 5 上位機(jī)軟件樹(shù)形結(jié)構(gòu)圖

5.總結(jié)

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

一方面， 該門(mén)禁系統(tǒng)使用的是RFID射頻識(shí)別技術(shù)，即通過(guò)非接觸 式 ID 卡來(lái)刷卡。避免普通磁卡刷卡時(shí)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(yǔ)音識(shí)別功能。只有特定人員才能進(jìn)入門(mén)禁系統(tǒng)，提高了門(mén)禁系統(tǒng)的安全性，也避免了卡片丟失時(shí)不法分子利 用卡片進(jìn)入門(mén)禁的缺點(diǎn)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)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