基于單片機的語音識別智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計

馮錦濤　 金福文　 梁超

摘 要：“智能家居”主要通過利用先進的單片機技術(shù)，藍牙識別技術(shù)和語音識別技術(shù)，將家用電器，如電燈，電視，冰箱等聯(lián)系起來，通過語音來控制各個家用電器設(shè)備，是人們的生活更加方便，安全和健康。

關(guān)鍵詞：智能家居；單片機；語音識別

傳統(tǒng)的家電控制方式主要有開關(guān)按鍵和紅外遙控兩種。這兩種必須需要人去直接觸碰，有著極大的安全隱患，而且控制距離短，不能夠穿墻控制。我們在日常生活中經(jīng)常遇到以下情況，躺在床上看書或看電視時，臥室電燈不能方便地控制，還要起來去關(guān)掉電燈。類似這種不方便的情況在家庭生活中多有出現(xiàn)。尤其是對于老年人、殘疾人來說，家電控制更為不易。因此我設(shè)計了一種基于單片機的智能家居語音控制系統(tǒng)， 采用了語音指令控制家用電器的開啟或關(guān)閉，從而使現(xiàn)代家居生活更輕松、更便捷、更安全。

1 系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)主要分為以下幾個部分：由語音識別模塊、51單片機、藍牙發(fā)送模塊組成語音遙控；由藍牙接收模塊、主控器、接口電路組成家電語音控制平臺。

2 硬件電路

整個系統(tǒng)的硬件電路主要包括核心主控制和語音識別兩個部分主控制部分為STC公司STC12LE5A60S2單片機，語音識別部分為LD3320語音識別芯片系統(tǒng)，用戶發(fā)出聲音控制指令時，語音識別部分把指令傳送給主控制器，主控制器處理后，發(fā)出命令控制外圍的家用電器設(shè)備。

3 非特定人語音識別模塊設(shè)計

LD3320主要組成有高精度的語音識別處理器和一些外部電路，包括聲音輸出接口和麥克風接口?？梢哉嬲龑崿F(xiàn)語音識別，聲音控制和人際對話的各項功能，另外還有完整的非特征人語音識別特征庫和高效的人語言識別搜索引擎模塊。

（1）語音識別分三個步驟：頻譜分析、特征提取、匹配識別。LD3320已把各部分硬件集成在單芯片上，我們主要對LD3320進行二次開發(fā)。

（2）LD3320芯片采用并行方式直接與單片機相接，具有識別率高，識別速度快，多接口，多支持等優(yōu)點，可以連續(xù)快速識別多種語言。

（3）設(shè)計步驟：確定寄存器讀寫操作方式（并行或串行SPI），熟悉寄存器的功能，確定所需寄存器的地址，編寫驅(qū)動程序（初始化→寫入識別列表→開始識別→響應中斷）。

4 單片機控制器

51單片機的顯著特征是采用超低功耗架構(gòu)，可顯著延長電池使用壽命；在本設(shè)計中，單片機的P0口接LD3320的8個數(shù)據(jù)口，P3口連接RDB、WRB、CSB、RSTB等控制引腳；SIMO0、SOMI0口連接射頻模塊的SPI數(shù)據(jù)口；在主控器上還接有一個揚聲器，作為信息反饋裝置；51單片機系列單片機針對C語言與匯編程序精心優(yōu)化，我們可以通過簡單的C語言編程對其行控制。

5 無線信息傳輸——藍牙通信

利用HC05藍牙發(fā)射/接收模塊完成“操作指令”的發(fā)送和接收。

為了實現(xiàn)對家電電器的控制，我們采用LED燈和繼電器模擬實物電燈或者家電，通過語音識別去控制家電的開關(guān)，為了提高系統(tǒng)的識別率，本系統(tǒng)采用兩級指令完成對系統(tǒng)的控制。向LD模塊添加關(guān)鍵詞時，通過編輯程序定義二維數(shù)組設(shè)定一級語音指令為“小黑”，二級語音指令為“開燈”、“關(guān)燈”，設(shè)定指令時，添加拼音的輸入方式作為關(guān)鍵詞數(shù)組，例如添加“小黑”命令，則寫入“xiaohei”，漢字間的拼音用空格隔開。實現(xiàn)功能為接收語音指令“小黑”時，開發(fā)板3個紅綠藍LED指示燈點亮，繼而接收二級語音指令“開燈”或者“關(guān)燈”，3個紅綠藍LED指示燈逐漸熄滅，此時繼電器控制的負載LED電燈“點亮”或者“關(guān)閉”。通過3路繼電器去輸出可以去控制家里的電燈，和風扇和MP3音樂播放模塊，可以說：“打開風扇”，“關(guān)閉風扇”或者“打開音樂”，“關(guān)閉音樂”等等，一系列的二級語音口令可以自定義設(shè)置去實現(xiàn)對家電的語音控制。

通過利用LD3320語音芯片，極大地簡化了語音處理，使語音識別具體化。我們需要作的只是：確定寄存器讀寫操作方式（并行或串行SPI），熟悉寄存器的功能，確定所需寄存器的地址，編寫驅(qū)動程序（初始化→寫入識別列表→開始識別→響應中斷）；最后由主單片機完成家電的控制。技術(shù)成熟，方法可行。

利用LD3320語音芯片，設(shè)計麥克風偏置、單片機控制器、模擬電源輔助等接口電路，編寫驅(qū)動程序，設(shè)計的“語音識別模塊”，實現(xiàn)了“家電控制命令”的識別，識別率高，不必人工訓練，都可輕松使用。實現(xiàn)了“聲音和家電”溝通、控制，安全、方便、靈活。具有抗干擾能力強、一語多關(guān)、方便（老年人和殘疾人使用）、安全等特點，應用前景廣闊。

6 結(jié)論

該設(shè)計利用單片機，藍牙無線模塊和語音識別模塊實現(xiàn)了智能家居語音控制系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)能夠識別語音指令，并能根據(jù)識別結(jié)果控制家居電路中日光燈、 風扇和電視等其他電氣設(shè)備的開啟或關(guān)閉；這套系統(tǒng)可以調(diào)高人們的生活質(zhì)量，使人們，特別是老年人和殘疾人實現(xiàn)輕松、便捷、安全的現(xiàn)代家居生活。 通過該系統(tǒng)的實驗測試，結(jié)果表明，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，語音識別率高，結(jié)構(gòu)簡單，能夠完成家居電氣設(shè)備的控制。

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作者簡介：馮錦濤（1997），男，漢族，山西呂梁人，本科在讀。