基于STM32單片機的家居設(shè)備語音控制系統(tǒng)設(shè)計＊

李 勇，蔡利強，譚國炎，陳 豪，寸 超

（西南科技大學(xué) 信息工程學(xué)院，四川 綿陽 621000）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，語音識別技術(shù)在智能家居生活、醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)等方面得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的家電設(shè)備控制仍然依賴于人工觸發(fā)式控制，將語音控制技術(shù)引入家電設(shè)備將使得家居生活更加便捷。同時，這一技術(shù)將使得人們的生活變得更加智能，更有樂趣。

目前，家居設(shè)備的常用控制方式有手動直接接觸控制和紅外線遙控控制。隨著智能設(shè)備的發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了手機和電腦智能遠程控制的家居設(shè)備，極大地方便了人們的生活，但這些設(shè)備面對的是具有正常行動能力的人群，而對于那些行動不便的老年人和殘疾人等群體而言，使用常規(guī)和智能終端來控制設(shè)備顯然是不方便的。本文設(shè)計了一種以STM32F103ZET6為控制核心的智能家居語音控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用LD3320識別語音信息，通過ZigBee模塊無線發(fā)送給接收控制器進而控制家電設(shè)備。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)主要由語音控制器以及接收控制器組成。系統(tǒng)主要由LD3320模塊、STM32單片機控制模塊、ZigBee模塊組成。語音控制器通過LD3320模塊識別語音信息并將識別結(jié)果送入單片機控制模塊生成對應(yīng)控制節(jié)點的控制指令，通過ZigBee模塊將控制指令通過廣播的方式發(fā)送出去。接收控制器節(jié)點通過ZigBee模塊接收到控制指令后，通過讀取該控制指令的報頭信息判斷該指令是否屬于自身。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要包括MCU電路、語音識別模塊電路設(shè)計、ZigBee模塊電路設(shè)計三部分。本系統(tǒng)的MCU芯片是采用基于Cortex-M3架構(gòu)的STM32F103ZET6，該芯片是32位標準精簡指令集處理器，內(nèi)部集成了Flash存儲、SRAM、豐富的I/O接口和先進的中斷響應(yīng)系統(tǒng)等，非常適合在本系統(tǒng)中使用。

2.1 LD3320模塊電路設(shè)計

本系統(tǒng)的語音識別是采用LD3320模塊來實現(xiàn)的，該模塊內(nèi)部集成了LD3320芯片以及高靈敏度的咪頭。LD3320芯片內(nèi)部集成了快速穩(wěn)定的優(yōu)化算法，所以該芯片不需要外接 Flash、RAM，簡化了電路設(shè)計。此外，該芯片采用非特定人語音識別技術(shù)，不需要用戶進行語音訓(xùn)練，并可動態(tài)編輯、識別關(guān)鍵詞列表。LD3320模塊采用并行的方式直接與單片機相接。咪頭將采集的語音信息經(jīng)電路處理后送入LD3320芯片進行頻譜分析，并提取出語音的特征信息，通過語音識別器將采集到的語音特征與事先存儲的關(guān)鍵詞語進行對比匹配，如果有匹配的關(guān)鍵詞，則該芯片將產(chǎn)生一個中斷信號，通過LD_IR管腳返回給單片機，然后將對應(yīng)的數(shù)據(jù)通過P0～P7傳給單片機處理。

2.2 ZigBee模塊電路設(shè)計

本系統(tǒng)的ZigBee通信采用IEEE 802.15.4協(xié)議，在電路設(shè)計中使用CC2530F256無線SOC芯片來實現(xiàn)。CC2530F256具有領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，以及標準的增強型8051CPU，芯片內(nèi)具有可編程的256 KB閃存。CC2530F256具有不同的運行模式，可適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。CC2530F256外圍電路圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 語音控制器的軟件設(shè)計

語音控制器主要作為一個中心節(jié)點，除了連接所有接收控制節(jié)點外，還負責(zé)語音指令解析以及控制指令的生成。在語音指令的生成中，程序根據(jù)LD3320反饋的指令獲取用戶指令對應(yīng)指令碼。語音控制器接收到語音信息后會根據(jù)該語音信息對應(yīng)的指令碼自動生成控制指令。語音控制器接收到語音信息后，會根據(jù)該語音信息對應(yīng)的指令碼自動生成控制指令。系統(tǒng)為每個指令接收器設(shè)定30條連續(xù)的指令碼，生成控制指令時根據(jù)獲取到的指令碼進行計算得到指令對應(yīng)的指令接收器的號碼。控制指令主要分為報頭、節(jié)點標號、數(shù)據(jù)長度、異或校驗、報尾，共5部分，指令碼解析后便將數(shù)據(jù)裝載到指令報文中進行一次數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 接收控制器的軟件設(shè)計

接收控制器主要負責(zé)接收指令控制引腳電平與監(jiān)測通信狀態(tài)。由于語音控制器采用廣播方式發(fā)送指令，所以，接收控制器會對接收到的控制指令進行判斷，如果不是對應(yīng)的指令則不作處理；否則，則根據(jù)該控制指令進行相應(yīng)操作。接收控制器程序一直在執(zhí)行接收、判斷的過程，其中，判斷接收到的控制指令，是否對應(yīng)本接收控制器的依據(jù)是控制指令的報頭信息。控制指令的報頭信息中包括接收控制器的標號信息與指令的長度。當接收控制器得到對應(yīng)的控制指令后，會控制相應(yīng)的引腳產(chǎn)生對應(yīng)的電平信號，控制家電設(shè)備。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計的面向家電設(shè)備的語音控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精確的語音控制家電設(shè)備。本系統(tǒng)接收到相應(yīng)語音指令后會產(chǎn)生對應(yīng)的控制電平信息，可以為大多數(shù)的家電設(shè)備提供控制信號，從目前的測試情況看，系統(tǒng)性能和功能相對穩(wěn)定，控制效果較好。本系統(tǒng)操作簡便，實現(xiàn)了家電設(shè)備的語音智能化操作，大大方便了人們的生活，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

［1］李澤彬，姚有峰，張飛龍，等.基于單片機的智能家居語音控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.電子設(shè)計工程，2017，25（08）：175-177，182.

［2］付蔚，唐鵬光，李倩.智能家居語音控制系統(tǒng)的設(shè)計［J］.自動化儀表，2014，35（01)：46-50.