遠程語音控制智能家電方案設計淺析

劉保全 劉健 唐旭 藍海溫 王昌紅

摘 要：人工智能技術的飛速發展，促使傳統家電走向智能化、而語音識別技術的進步，使得人與物之間溝通成為可能，拓寬了人的交流方式，為人類帶來了諸多便捷。為了能讓家電聽懂人說話以及為人提供更優質的服務，本文采用的主控制器是MCS-51單片機，采取LD3320語音識別模塊，通過無線方式傳輸到其他單片機模塊進行控制，解決了語音控制和家電之間的互動關系，從而提高了家居智能化。幫助老人及行動能力障礙人士的日常生活，它的優點在于語音識別迅速準確，是對家電使用的一次革新。

關鍵詞：語音控制;智能家居;人工智能

前言

隨著人們生活質量的不斷改善以及生活節奏的不斷加快，人們對家電產品使用的高效性與便捷性提出了更高的要求。智能家電在這樣的背景下應運而生。家電智能化作為當今最流行的趨勢，既能為人們提供便利的生活條件，又使人們的家居生活充滿高端的時尚品味，被越來越多消費者所期待。

智能語音交互家電控制系統是一款通過語音合成、語音識別、無線Wi-Fi傳輸來實現人與智能終端交互的家電控制系統[1]。該系統包含智能人機交互Wi-Fi語音交互模塊，能使用戶通過使用簡單的語音命令如手機、電腦、平板等智能設備，再通過Wi-Fi與智能終端產品進行連接，從而輕松便捷的操作智能設備，簡單中帶來美妙的智能享受。不僅如此，該系統還可以實現通過TTS合成播報新聞、天氣、預警等文本類信息，以及智能家電終端產品故障的提示語等。經過50多年的探索與創新，語音識別技術在需要電子設備的各個方面都得到了應用，大到載人航天[2]、工業生產[3]，小到家用電器、兒童玩具，語音識別系統都做出了巨大的貢獻，由此可見，語音識別技術未來可期[4]。

本文基于語音識別的智能家電控制系統的主控制器是MCS-51單片機，為了識別語音信號，采取LD3320語音識別模塊，電視機、電冰箱等家用電器的控制是單片機識別結果后通過無線方式傳輸到其他單片機模塊進行控制，從而達到家居智能化。該系統能夠幫助老人及行動能力障礙人士的日常生活，它的優點在于語音識別迅速準確，是對家電使用的一次革新。

1語音識別模塊設計

本文研究以非特定人語音識別對家電進行相關控制，通過將語音轉換成相應的指令對家電進行控制。整個系統的硬件電路包含語音識別電路和家電控制電路，其中語音識別電路是以STC11L08XE為核心對語音進行識別和轉換的，家電控制電路部分則是以STC89C52為核心對外設（如LED燈、風扇、顯示屏）進行控制的

語音識別原理語音識別芯片LD3320采用ASR技術，LD3320語音識別模塊的語音識別模塊的主控芯片為STC11L08XE，內置掉電檢測電路、看門狗和EEPROM功能，具備2個16位定時器、3個時鐘輸出口和1個獨立通用全雙工異步串行口。該模塊還加入了電源轉換電路，提供穩定的3.3V電壓供模塊使用，同時未被利用的單片機I/O口引出至插排處，方便對外設直接控制。語音識別模塊電路圖如圖2所示。

2.智能語音家電控制系統的整體設計方案

2.1系統整體結構圖

系統軟件主要包括語音識別程序和家電控制程序，語音識別程序主要完成識別模塊的初始化、關鍵詞添加、語音識別和響應中斷，家電控制程序對語音識別命令進行配置，用以調節亮度、溫度等操作。具體流程如圖3所示

2.2語音模塊初始化

采用集成設計LD3320模塊，首先對時鐘頻率、ADC專用控制、DSP模塊和ASR模塊等進行初始化，設定FIFO_EXT上下限并調整MC U、DSP參數。

2.3添加拼音串和識別碼

語音識別的結果依賴于拼音串與識別碼的匹配，外部采集的信號需要先經過語音識別器與拼音串相匹配，再通過對應的識別碼進行操作。拼音串與識別碼的添加程序如下：

unsignedintcodeReg[VOICE_A][VOICE_B]={

"zhangsan"，＼//一級口令

"kaidengceshi"http://二級口令

};//關鍵字列表

unsignedcodeCod[VOICE_A]={

CODE_ZS，＼//一級識別碼

CODE_KDCS//二級識別碼

};//識別碼列表

2.4語音識別

語音識別模塊開始工作后，首先關閉外部中斷，在此期間對ADC增益進行設置，并調節麥克風音量和靈敏度。之后通知DSP開始進行語音識別，打開外部中斷后等待中斷信號產生。

3.系統測試及展望

系統測試時，需要先由用戶對板載麥克風說出“指定名稱”的一級指令，當用戶說出該指令并識別成功后，系統將發出一級指令識別成功的提示音，并讓識別成功指示燈閃爍。接下來用戶繼續說出二級指令，如電風扇、空調、電視機、拉開窗簾等語音指令，系統繼續識別二級指令，如果識別成功，將執行相應的打開電風扇、打開空調、打開電視機、拉開窗簾等家電操作任務。

智能化優點本文設計的智能語音家電控制系統具有語音控制家電的，對老年人、殘疾人和兒童的電器操作提供了安全方便地控制方案，該系統可以為家庭生活帶來極大便利，并提高居家生活的舒適度。

參考文獻：

[1]胡蓉，楊柳，胡向東.基于多層神經網絡的智能家居入侵檢測方法[J].重慶郵電大學學報（自然科學版），2019，31（02）：174-182.

[2]卞港，王仁彪，石永偉.基于STM32和Zigbee的mini寵物智能喂養系統的設計[J].電子技術與軟件工程，2019（07）：94.

[3]高凡.智能家居國家標準宣貫進行時[J].中國建設信息化，2019（07）：40.

[4]盧希.智能家居互聯互通大勢所趨[J].中國建設信息化，2019（07）：41.

項目：黑龍江省大學生創新創業訓練計劃項目：遠程語音控制智能家電方案設計與研究（項目號：S202113299008X）。

作者簡介：劉寶權（2001-），男，本科在讀，機械電子工程專業，哈爾濱石油學院，主要從事智能家電控制技術研究，

通訊作者： 王昌紅（1989-），女，黑龍江人，在讀博士研究生，講師，主要從事機械設計及數控等專業教學與改革研究以及碳纖維復合材料高品質加工機理研究工作