声控门锁设计报告

1、-. z华东交通大学课程设计报告题目： 声控门锁设计目录TOC o 1-2 h z uHYPERLINK l _Toc311493058虚拟仪器设计课程设计任务书 PAGEREF _Toc311493058 h 2HYPERLINK l _Toc311493059序言 PAGEREF _Toc311493059 h 4HYPERLINK l _Toc311493060一、LabVIEW和声控锁简介 PAGEREF _Toc311493060 h 5HYPERLINK l _Toc3114930611.1 LabVIEW简介 PAGEREF _Toc311493061 h 5HYPERLINK

2、l _Toc3114930621.2 声控锁简介 PAGEREF _Toc311493062 h 6HYPERLINK l _Toc311493063二、声控锁设计的总体方案 PAGEREF _Toc311493063 h 6HYPERLINK l _Toc3114930642.1 总体方案框图 PAGEREF _Toc311493064 h 6HYPERLINK l _Toc3114930652.2 设计步骤 PAGEREF _Toc311493065 h 7HYPERLINK l _Toc311493066三、系统模块设计 PAGEREF _Toc311493066 h 7HYPERLIN

3、K l _Toc3114930673.1声音采集 PAGEREF _Toc311493067 h 7HYPERLINK l _Toc3114930683.2声音信号滤波处理 PAGEREF _Toc311493068 h 8HYPERLINK l _Toc3114930693.3声控门锁程序设计 PAGEREF _Toc311493069 h 9HYPERLINK l _Toc311493070四、心得总结 PAGEREF _Toc311493070 h 10HYPERLINK l _Toc311493071参考文献 PAGEREF _Toc311493071 h 11虚拟仪器设计课程设计任务

4、书学生：吴荣 *： 27 设计题目声控门锁设计二、设计目的和要求通过对虚拟仪器的设计，了解虚拟仪器设计的根本原理及常用的对象使用方法；通过设计一台虚拟式数据采集系统、图形识别系统、通过串口、并口控制、测温系统、转速测量系统等，了解虚拟仪器数据采集卡的使用及设置，并口或串口的数据传输，了解虚拟编程中如何驱动非NI公司的数据采集卡或电脑中常用的声卡，学会把外界物理信号采集到计算机并进展简单分析或者通过虚拟仪器产生符合要求的信号并通过声卡输出或者学会利用NI的ELVIS系统设计简单的测量软件。加深虚拟仪器知识、单片机的了解，培养学生运用虚拟仪器思想解决工程实际问题的能力。设计容A详细要求：使用Lab

5、VIEW开发环境和NI ELVIS，搭建基于驻极体麦克风的声控门锁，编写利用人声开关门锁的程序。B前面板上要设置必要的控件对象以设置相应参数。C设计界面要美观，程序可读性好。设计进度安排设计时间总计2周课程设计任务及要求讲解0.5天设计任务分析及查找资料1.5天程序编制及调试5.5天设计说明书撰写2天辩论0.5天设计任务书应包括的主要容目录设计题目任务分析实现过程程序前面板及流程图完毕语心得体会参考文献考核方法考核方式由三局部组成：平时学习态度含考勤、设计完成情况含方案、程序质量、界面、说明书等及辩论情况确定。教师评语及成绩指导教师：周建明2011年12月12日序言锁是人们日常生活的根本器具，

6、锁的构造形式很多。20世纪70年代，随着微电子技术的应用，出现了磁控锁、声控锁、超声波锁、红外线锁、电磁波锁、电子卡片锁、八佰指纹锁、视网膜锁、遥控锁等。这些锁具有机械构造所无法比较的高性能。现代锁还可在特定的系统中、按设定的逻辑关系实现系统的程序控制。 本次的课程设计的声控锁主要是利用每个人的声音都有各自的特征以及讲话时特殊的语言习惯，这些都反映在声音信号中。利用声卡DSP技术和LabVIEW多线程技术，把主人声音作为声卡数据采集的对象，搭建一种基于声卡的虚拟数据采集和分析系统，实现声音识别，判别主人的声音，从而翻开锁。整个系统包括声音的采集，A/D转换，音频数字信号的分析和处理，存储现场采

7、集到的声音同登记过的声音模板进展准确的匹配等等。整个程序可以分为：样本声音采样子系统，样本声音保存子系统，待检声音采样子系统，声音识别子系统等等。样本声音可以定义为系统所有者自己设定的声音密码；待检声音定义为主人输入的声音。所以此系统具有平安可靠，高等特点，在一些需要高的场合下得到了广泛的应用。一、LabVIEW和声控锁简介1.1 LabVIEW简介LabVIEWLaboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台是由美国国家仪器公司所开发的图形化程序编译平台，创造者为杰夫考度斯基Jeff Kodosky，程序

8、最初于1986年在苹果电脑上发表。LabVIEW早期是为了仪器自动控制所设计，至今转变成为一种逐渐成熟的高级编程语言。图形化程序与传统编程语言之不同点在于程序流程采用数据流之概念打破传统之思维模式，使得程序设计者在流程图构思完毕的同时也完成了程序的撰写。LabVIEW率先引入了特别的虚拟仪表的概念，用户可通过人机界面直接控制自行开发之仪器。此外LabVIEW提供的库包含：信号截取、信号分析、机器视觉、数值运算、逻辑运算、声音震动分析、数据存储.等。目前可支持Windows，UNI*，Linu*，Mac OS等操作系统。由于LabVIEW特殊的图形程序简单易懂的开发接口，缩短了开发原型的速度以及

9、方便日后的软件维护，因此逐渐受到系统开发及研究人员的喜爱。目前广泛的被应用于工业自动化之领域上。LabVIEW默认以多线程运行程序，对于程序设计者更是一大利器。此外LabVIEW通信接口方面支持：GPIB，USB，IEEE1394，MODBUS，串行接口，并发端口，IrDA，TCP，UDP，Bluetooth，.NET，Active*，SMTP.等接口。LabVIEW 有两个根本窗口：前面板窗口和流程图窗口。编译环境下显示两个窗口，前面板用于放置控制对象和显示对象，控制对象相当于常规仪器的控制和调节按钮；前面板用于显示程序运行结果，相当于常规仪器的显示屏幕或指针。流程图窗口用于编写和显示程序的

10、图形源代码，它相当于语言编程中一行行的语句，它由各种能完成一定功能的模块通过连线连接而成。当编写的LabVIEW程序调试无误后，可将程序编译成应用程序E*E文件。此时，设计的虚拟仪器可以脱离LabVIEW开发环境，用户只需通过前面板进展控制和观测。1.2 声控锁简介声控锁主要是利用每个人的声音都有各自的特征以及讲话时特殊的语言习惯，这些都反映在声音信号中。利用声卡DSP技术和LabVIEW多线程技术，把主人声音作为声卡数据采集的对象，搭建一种基于声卡的虚拟数据采集和分析系统，实现声音识别，判别主人的声音，从而翻开锁。整个系统包括声音的采集，A/D转换，音频数字信号的分析和处理，存储现场采集到的

11、声音同登记过的声音模板进展准确的匹配等等。整个程序可以分为：样本声音采样子系统，样本声音保存子系统，待检声音采样子系统，声音识别子系统等等。样本声音可以定义为系统所有者自己设定的声音密码；待检声音定义为主人输入的声音。本次的声音采集技术用的是现成的麦克风采集其信号，经过对声音的的处理加工，传到门锁中，进而对主人声音进展唯一识别，到达实现声控的目的。二、声控锁设计的总体方案2.1 总体方案框图声音采集放大滤波A/D转换声音匹配门锁控制图1第一次采集先录入了主人的声音，当今后的每一次采集的声音与原来的声音进展比照匹配，当匹配相似程度到达80%以上，即被认为是主人的声音。从而实现声音控门锁的开关。2

12、.2 设计步骤首先是前面板的设计，录音的过程中，前面板上不需要什么输入的东西，我都是在框图中即时添加的。接着是框图的设计，在录音的过程中需要，需要调用些子vi。完成的功能是初始化声卡，采样，释放声卡。因为在录音的过程中需要控件，当出现错误和暂停是能够停顿，因为我用到了while构造，在满足要求的条件的过程中能够录音，在满足条件的过程中停顿。还因为录音过程中可能需要暂停，在case构造中，true时立即开场录音，false时暂停录音。把声音录音好后，以数组的形式保存到文件中，调用build array函数把声音信号保存为数组形式。接着是保存，最后把波形文件保存好。三、系统模块设计3.1声音采集利

13、用现成的麦克风对声音进展采集，经分析和处理得到主人的频谱分析图，从而实现对主人的识别。声音采集程序图如下：图2 声音采集程序图3.2声音信号滤波处理滤波器框图设计由于采集的信号经过麦克风采集后，仍然存在许多杂质噪声，必须把它去掉后再能对主人的声音进展准确的识别，否则会造成其他噪声的干扰而达不到目的。于是要对器进展信号。滤波首先经由滤波器过来的信息通过功能模板Functions Palette编程模块簇、类与变体按名称解除捆绑vi，有此vi可以使滤波器的信息分为两局部，这局部就可以通过输出控件进展输出显示了。图3基于声卡采集系统的滤波器设计流程图：图3基于声卡采集系统的滤波器设计框图 滤波器前面

14、板设计在前面板中。使用了各种图标如开关、实时趋势图等来模拟真实仪器的面板，并可如同操作实际仪器一样方便地调节输入参数和进展输出模式定制。本文中前面板的设计，充分发挥了LabVIEW 的特长、即建立了友好的人机操作界面，滤波器前面板如图4所示。由于本程序中显示的结果比较多。输人控制按钮也多。因此不得不减少波形图显示所占用的空间。这样可使时域波形显示、频域成分显示和滤波器信息显示局部分别在不同的选项卡中显示。图4滤波器前面板设计3.3声控门锁程序设计从图4中可以看出While构造中是先用麦克风进展声音的采集，再经过数字滤波器滤波，并首先在上面的信号生成用来作为今后的声音匹配频谱图。而右边局部是对目

15、标信号进展匹配，如匹配相似程度到达80%以上即可认为是主人的声音，从而指示灯亮，否则不亮。图5 声控门锁程序框图设计图6 声控门锁程前面板设计四、心得总结这是我们本学期也是整个大学四年最后一次课程设计，刚开场拿到这个题目时，感觉很熟悉但却又很陌生。熟悉是因为声音控制这个名词很好理解，陌生是因为完全摸不着头脑，不知从何下手。但是事情总是做出来的，正所谓：世上无难事，只怕有心人。于是就决定早点开场做了，起初的通过在图书馆查找相关资料，本以为查资料会是一件很容易的事，却没想到资料却则的难查，很难找到该题目相关的论文。他们大多数论文只是谈到一个小方面。但这并没有吓到我们。我们便耐心下来问教师问同学，最后终于找到了一点头绪。然后就开场了整体方案设计，定下了方案后，便开场认真上机画图、一步一步调试，并在途中问同学，问教师等。两星期很快就过去了，由于该题目本身存在着一定的难度，最终还是没能做出理想的结果来。但