基于單片機控制的多功能智能語音風扇

西北民族大學 鄧天金 王昭武 余 達

基于單片機控制的多功能智能語音風扇

西北民族大學 鄧天金 王昭武 余 達

本文簡述了一種基于單片機控制的智能多功能語音風扇的設計，該設計以STC11L08XE單片機為主控制器，通過YS-LDV7語音模塊對語音信號進行采集識別，并將該信號上傳給單片機進而控制風扇的轉速和開關，以達到語音控制的效果。該設計還裝有溫度傳感器和時鐘芯片，通過LCD12864液晶顯示室內的溫度、時間等相關的工作參數，以達人機交互和多功能的目的。

單片機；YS-LDV7語音模塊；溫度傳感器；LCD12864液晶；時鐘芯片

0 引言

隨著家用設備日漸智能化，電風扇這個老式家居似乎正在被空調這樣的新型設備所取代，但實則不然。市場顯示，電風扇依然有著強大的生命力[1]。因為它相對于空調具有耗電少、價格低廉、風力溫和等優點。但是電風扇也存在著不足的地方，如采用傳統按鍵控制，功能少等。針對這些問題，本小組設計了一款能夠通過語音控制的多功能電風扇，同時該風扇配有液晶顯示屏，可以顯示當前系統的工作狀態、時間和室內溫度，做到人機交互。

1 總體設計

該設計的系統結構框圖如圖1所示。其主要由STC11L08XE單片機、YS-LDV7語音模塊、溫度傳感器模塊、時鐘芯片模塊、LCD12864液晶顯示模塊組成。其中STC11L08XE單片機作為主要控制器，即主控。通過YS-LDV7語音模塊對用戶的語音信號進行采集識別，并將數據上傳給主控單片機，主控通過對數據進行分析，做出相關指令進而控制風扇的風速。例如，用戶給出“低速”的命令，語音模塊收到后，反饋給單片機，單片機分析后進而控制風扇的慢速轉動。單片機在分析用戶的指令的同時，也在不停的讀取溫度傳感器采集的溫度、和時鐘芯片內的時間，并將數據發送給顯示屏，刷新顯示屏顯示的狀態（見圖1）。

2 系統硬件設計

硬件部分設計如圖2所示，該圖為整個電路的核心部分，由STC11L08XE最小系統和語音模塊芯片LD3320組成，共同組成語音模塊。此外該模塊還向外引出了IO口，以便其他外加電路，如溫度傳感器、時鐘芯片、液晶模塊等都可以從P1口和P2口中選擇接口。通過這些IO口可以控制這些模塊的工作狀態。

圖1 系統總體設計結構圖

2.1 微控制器模塊

該設計采用STC11L08XE單片機作為主控，其相對于STC89系列的單片機，它不僅具有STC89系列單片機原有的優點，同時在原有的基礎上改進了許多。該系列的單片機使用的是增強型8051內核，速度比普通8051快8～12倍。2個16位定時器，兼容普通8051的定時器T0/T1。內置EEPROM功能，且I/O可設置成四種模式：準雙向口/弱上拉，推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏。每個I/O口驅動能力可達到20mA,復位后為：準雙向口/弱上拉。因此采用STC11L08XE單片機作為核心控制器更加符合該系統的設計。

圖2 硬件部分原理圖

2.2 溫度傳感器模塊

溫度采集采用DS18B20傳感器，具有微型化 、低功耗 、高性能 、抗干擾性強 、易配處理器等優點。采用單線接口方式與微處理器進行雙向通行，這也給溫度的提取帶來了極大的方便[2]，且內置EEPROM，限溫報警功能。工作電壓：3-5V的直流電壓，這樣只需將傳感器的信號口接到單片機的IO口即可，然后進行數據的讀寫操作，非常便利。

2.3 時鐘芯片模塊

時鐘芯片采用DS1302芯片，這是一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，附加31字節靜態RAM，采用SPI三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號和RAM數據。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，當一個月小于31天時可以自動調整，且具有閏年補償功能。該模塊電路中內置一個小型的紐扣電源作為后備電源。在外部電源斷開后，該后備電源依然可為該部分電路提供電源，做到簡單的掉電可記憶。其電路與微處理器的接口分別為SCLK、IO、CE，其中IO接口為三線接口時的雙向數據線，數據的讀寫也是通過這個IO口來進行的。

2.4 液晶顯示模塊

液晶顯示模塊采用LCD12864液晶顯示器。內部含有國標一級、二級簡體中文字庫;分辨率為128*64，其中內置8192個16*16點漢字和128個16*8點ASCII字符集。該模塊可與CPU直接接口，提供兩種界面來連接微處理機，8位并行及串行兩種連接方式。且具有多種功能：光標顯示、畫面移位、睡眠模式等[3]。相對于其他顯示器，該模塊不僅功耗低、可顯示內容多，而且易操作。

2.5 YS-LVD7語音模塊

該系統硬件的核心YS-LVD7語音模塊。該模塊的核心芯片為LD3320，該芯片集成了語音識別處理器和一些外部電路，包括AD、 DA 轉換器、麥克風接口、聲音輸出接口等。且通過該芯片不需要外接任何輔助的 Flash 芯片， RAM 芯片和 AD 芯片，就可以完成語音識別功能。芯片只需通過外置咪頭和簡單的輔助電路與單片機相連接，即可對外界語音進行識別，進而進行判斷，從而引導單片機做出相應的命令。

圖3 電機內部電路

2.6 電機部分

圖3為該設計電風扇的內部結構圖，使用集成電路RY901及MAC97A6，該電路集開關、定時、調速、模擬自然風為一體，所以只需將圖三中的按鍵結構改成與單片機IO相連接的結構，即可通過IO口來控制該電風扇的風速，進而與語音模相組合，做到智能控制的效果。

3 系統軟件設計

系統軟件設計結構圖如圖4所示。開始，軟件完成液晶、時鐘芯片的初始化，然后單片機一直處于讀取溫度和時間的狀態，再通過LCD12864將當前時鐘和溫度顯示在液晶上。當用戶說出開啟風扇的指令，風扇才開始工作。風扇可通過語音模塊來調節相應的轉速，此后又將電機的工作狀態顯示在液晶上。重復執行該工作，直到電源斷開或識別到關閉風扇的指令。

圖4 系統軟件設計結構圖

4 結語

本設計以STC11L08XE核心微控制器，通過YS-LDV7語音模塊對用戶的語音進行檢測，進而做到通過語音控制電風扇的效果。同時液晶在顯示當前風扇工作狀態的同時，也能顯示當前的時間和環境的溫度。通過語音對電風扇的控制極大的方便了人們的生活，也擺脫了傳統式的按鍵操作，且單片機實現的語音電風扇系統，性能可靠，成本較低，適合大眾消費，有重要應用價值。該系統的電路和程序稍加修改，也可以移植到其他家用電器上，如家用臺燈，電飯煲等，因此具有優良的市場擴展前景。

[1]趙志偉.智能與節能 電風扇行業步入轉型升級時代[J].現代家電,2014,(13):37-38[2017-09-26].

[2]韓小斌,朱永文.數字式溫度傳感器DS18B20及其應用[J].電子技術,2002,(05):43-45[2017-09-26].

[3]李海玉,高建明,王雷.基于單片機控制的液晶顯示電路[J].黑龍江科技信息,2010,(33):16[2017-09-26].

[4]李慶梅.基于AT89C51單片機的智能電風扇調速器的設計[J].自動化技術與應用,2008(1).

[5]徐志剛,黃濤.基于單片機的智能風扇[J].電子設計工程,2016,24(11):154-156+159.[2017-09-16]DOI:10.14022/j.cnki.dzsjgc.2016.11.046.

[6]陳靈梟.基于16位單片機的語音控制電風扇[J].企業家天地,2007,(12):229-230[2017-09-16].

[7]鄧興成.單片機原理與實踐指導[M].北京:機械工業出版社,2010.

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西北民族大學電氣工程學院“雙E”項目資助（項目編號：20171814）。

指導教師：張國恒。