語音識別智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計

周熠，王建衛(wèi)

（貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，貴州畢節(jié)，551700）

0 設(shè)計背景

智能家居起源于上世紀(jì)80年代的美國，在上世紀(jì)來到中國，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，特別是伴隨住宅產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，智能家居在中國已經(jīng)顯出春筍出露的局面。智能家居的到來，使我們的生活水平得到了提升，就相對于現(xiàn)在科學(xué)水平的不斷進(jìn)步，許多智能化的產(chǎn)品已經(jīng)不能滿足人類的需求了，因此許多商家在原有的智能產(chǎn)品上添加了許多新的功能，來實(shí)現(xiàn)更豐富的用戶需要。當(dāng)家庭智能網(wǎng)將家庭中各種各樣的家電通過家庭總線技術(shù)連接在一起時，就構(gòu)成了功能強(qiáng)大、高度智能化的現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)，這一系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了實(shí)時監(jiān)控，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。而本次所研究的語音控制智能家居系統(tǒng)是為了提供更為方便的控制方法，讓智能化的產(chǎn)品更加“智能化”與“現(xiàn)代化”。

1 語音識別智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計方案

■1.1 功能要求

具備語音識別的功能，而且通過已經(jīng)識別的內(nèi)容來對家用電器進(jìn)行控制、MP3的點(diǎn)播等功能，還可以通過串口連接的方式來進(jìn)行控制。

可以根據(jù)自身的喜好來修改語音識別指令的內(nèi)容，比如原始的啟動語音為“小石頭”，你可以隨意的修改它的啟動語音，比如“小可愛”等。還可以進(jìn)行更為復(fù)雜的語音寫入，寫入一些常用的口頭用語，當(dāng)他識別到你所說的話時還可以進(jìn)行一些簡單的對話。

當(dāng)語音識別指令設(shè)置完以后就可以進(jìn)行控制了，當(dāng)你說“請開臺燈”指令時，就會對相應(yīng)的家電進(jìn)行控制，或者說“我想聽歌”時，就可以進(jìn)行MP3的點(diǎn)播了。

■1.2 方案設(shè)計

系統(tǒng)使用STM32F103RCT6芯片為主控芯片，LD3320A為語音識別芯片。分為語音識別模塊、5路繼電器模塊、主控模塊與MP3播放模塊四大模塊。STM32F103RCT6芯片內(nèi)核為ARM32位，低功耗，多達(dá)80個快速I/O端口，7個定時器，9個通信接口，因此作為本次設(shè)計的主控芯片。MP3點(diǎn)播功能利用的是串口通信的輸入功能，串口通信波特率為9600bps。5路繼電器模塊采用5個繼電器通過LTC11L02E芯片、MXS3485芯片的連接，達(dá)到同時控制幾個繼電器的功能；LD3320是一顆基于非特定人語音識別技術(shù)的語音識別、聲控芯片，集成了高精度的A/D和D/A接口，必須要外接輔助，識別的關(guān)鍵詞語列表是可以動態(tài)編輯的，通過與STM32F103RCT6芯片的連接，能更好的實(shí)現(xiàn)語音識別與控制。

圖1 設(shè)計的系統(tǒng)框架圖

2 語音識別智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計的硬件電路

■2.1 語音識別模塊

語音識別模塊是本次設(shè)計的核心模塊，一切的語音指令都是通過該模塊進(jìn)行輸入轉(zhuǎn)化進(jìn)行控制的。因此該模塊采用LD3320A為語音識別芯片，該芯片的內(nèi)部有集成并且優(yōu)化過的語音識別算法，無需外部LASH、RAM資源，就可以精準(zhǔn)的完成非特定的語音識別的內(nèi)容了。有了這一系列的優(yōu)點(diǎn)以后，只需在芯片的外端加一些復(fù)位電路以及控制電路就能進(jìn)行語音的識別了，并且將識別的內(nèi)容傳輸給控制模塊來進(jìn)行加工處理后對相應(yīng)的功能做出反應(yīng)。

■2.2 MP3點(diǎn)播模塊

MP3點(diǎn)播模塊是本次設(shè)計的一個娛樂模塊。利用串口通信的輸入功能，可以用單片機(jī)串口對本語言模塊發(fā)送串口數(shù)據(jù)，串口通信波特率為9600bps（數(shù)據(jù)為8，停止位1，無校驗，無流控制），還可以用語音輸入的指令發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣就能通過發(fā)送過來的指令找到要播放的內(nèi)容。該模塊是通過往外加的RAM里面存放歌曲，通過語音的輸入指令后通過控制芯片切換到點(diǎn)播的功能，當(dāng)切換到點(diǎn)播的功能后就可以對存入里面的歌曲進(jìn)行播放了。

■2.3 STM32F103RCT6芯片控制模塊

該模塊是整個設(shè)計的CPU，是實(shí)現(xiàn)所有功能的大腦。該芯片的抗干擾能力強(qiáng)，并且無法解密，所以在使用過程中是比較安全的。STM32F103RCT6芯片是32位的，所以能實(shí)現(xiàn)的功能強(qiáng)大，有80多個快速的I/O接口，因此能外接比較多的電子元件。STM32F103RCT6芯片屬于單片機(jī)的分類，所以在使用的時候也要外接一些復(fù)位電路，時鐘頻率，等的啟動電路。STM32F103RCT6芯片外接3個按鍵，分別實(shí)現(xiàn)總電路的開關(guān)，語音模塊的開關(guān)，以及復(fù)位；還外接了3個接口，其中兩個是用來外接揚(yáng)聲器和耳機(jī)的，另一個是電源接口；還有外接了一個RAM，用來存放語音指令以及歌曲；還有一些調(diào)試的接口。通過這些外接的器件來接收語音識別模塊傳過來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析處理后又通過相應(yīng)的I/O接口輸出來完成對智能家居的控制。在該模塊中，還預(yù)留了PA0-PA7這8個I/O口，用戶可以根據(jù)自己的需要來對這8個I/O口進(jìn)行設(shè)置使用。

■2.4 5路繼電器模塊

5路繼電器模塊可以說是本次設(shè)計的輸出模塊了，該模塊只需接收STM32F103RCT6芯片傳輸過來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行控制輸出。繼電器模塊采用5個繼電器通過LTC11L02E芯片、MXS3485芯片的連接，達(dá)到控制5個繼電器的功能，用來控制智能家居的開關(guān)。繼電器是一種電控制器材，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流，因為本次設(shè)計中的其他模塊都是使用小電流來供電的，輸出的也是小電流，所以就要外加繼電器來對大電流的家用電器進(jìn)行控制了。本次使用的繼電器最大能承受“10A 250V”的交流電、“10A 30V”的直流電，且繼電器的觸發(fā)電平為高電平。

3 軟件程序設(shè)計思路

本次設(shè)計中實(shí)現(xiàn)的功能復(fù)雜，因此在編寫程序?qū)⒉捎媚K化的方式進(jìn)行設(shè)計，先設(shè)計一個STM32F103RCT6芯片的驅(qū)動程序與主程序。設(shè)置時鐘頻率，定義輸出引腳與出入引腳等，在根據(jù)功能的需要來定義每個引腳的功能。語音輸入程序，在LD3320A為語音識別芯片中也存在了語音識別的算法，因此在主程序中編寫一個子程序來接收信號并處理。MP3播放程序也和語音識別一樣，在主程序中編寫一個子程序進(jìn)行調(diào)用這一功能。5路繼電器程序就比較簡單了，在主控程序里面編寫5個判斷語句執(zhí)行輸出。

4 總結(jié)

語音識別智能家居控制系統(tǒng)有效的實(shí)現(xiàn)了對家用電器有效的控制，從一定程度上提高了我們的生活水平。用戶還可以去設(shè)置控制語音的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確的控制，實(shí)現(xiàn)了本次設(shè)計的實(shí)用性。通過本次的設(shè)計，讓讀者知道語音識別智能家居控制的一些簡單原理，增強(qiáng)了讀者的視野。本文也對這一系統(tǒng)做出來簡單的介紹，讓讀者更加了解電子科學(xué)與技術(shù)，也讓更多“智能化”的產(chǎn)品進(jìn)入我們的生活，豐富我們的生活世界。

圖2 5路繼電器原理圖

* [1]劉榮輝，基于智能家居控制的嵌入式語音識別系統(tǒng)研究[D],廣東工業(yè)大學(xué),2013

* [2]任雨竹,語音教具的設(shè)計[J],科學(xué)時代,2014,10

* [3]黃仿元,利用語音識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)的室內(nèi)照明電路控制系統(tǒng)[J],電子制作,2013,14

* [4]張震,嵌入式技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用[R],2008