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(shè)計，該設(shè)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(zhuǎn)速和開關(guān)，以達到語音控制的效果。該設(shè)計還裝有溫度傳感器和時鐘芯片，通過LCD12864液晶顯示室內(nèi)的溫度、時間等相關(guān)的工作參數(shù)，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(shè)備日漸智能化，電風扇這個老式家居似乎正在被空調(diào)這樣的新型設(shè)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(diào)具有耗電少、價格低廉、風力溫和等優(yōu)點。但是電風扇也存在著不足的地方，如采用傳統(tǒng)按鍵控制，功能少等。針對這些問題，本小組設(shè)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(tǒng)的工作狀態(tài)、時間和室內(nèi)溫度，做到人機交互。

1 總體設(shè)計

該設(shè)計的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)上傳給主控單片機，主控通過對數(shù)據(jù)進行分析，做出相關(guān)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(zhuǎn)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(nèi)的時間，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示屏，刷新顯示屏顯示的狀態(tài)（見圖1）。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

硬件部分設(shè)計如圖2所示，該圖為整個電路的核心部分，由STC11L08XE最小系統(tǒng)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(tài)。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

2.1 微控制器模塊

該設(shè)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(yōu)點，同時在原有的基礎(chǔ)上改進了許多。該系列的單片機使用的是增強型8051內(nèi)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(nèi)置EEPROM功能，且I/O可設(shè)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(qū)動能力可達到20mA,復(fù)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(tǒng)的設(shè)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(yōu)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(nèi)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(shù)據(jù)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(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。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(diào)整，且具有閏年補償功能。該模塊電路中內(nèi)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(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)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(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫;分辨率為128*64，其中內(nèi)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(nèi)容多，而且易操作。

2.5 YS-LVD7語音模塊

該系統(tǒng)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(zhuǎn)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(dǎo)單片機做出相應(yīng)的命令。

圖3 電機內(nèi)部電路

2.6 電機部分

圖3為該設(shè)計電風扇的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，使用集成電路RY901及MAC97A6，該電路集開關(guān)、定時、調(diào)速、模擬自然風為一體，所以只需將圖三中的按鍵結(jié)構(gòu)改成與單片機IO相連接的結(jié)構(gòu)，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(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)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(tài)，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(diào)節(jié)相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，此后又將電機的工作狀態(tài)顯示在液晶上。重復(fù)執(zhí)行該工作，直到電源斷開或識別到關(guān)閉風扇的指令。

圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語

本設(shè)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(tài)的同時，也能顯示當前的時間和環(huán)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(tǒng)式的按鍵操作，且單片機實現(xiàn)的語音電風扇系統(tǒng)，性能可靠，成本較低，適合大眾消費，有重要應(yīng)用價值。該系統(tǒng)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(yōu)良的市場擴展前景。

[1]趙志偉.智能與節(jié)能 電風扇行業(yè)步入轉(zhuǎn)型升級時代[J].現(xiàn)代家電,2014,(13):37-38[2017-09-26].

[2]韓小斌,朱永文.數(shù)字式溫度傳感器DS18B20及其應(yīng)用[J].電子技術(shù),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(diào)速器的設(shè)計[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用,2008(1).

[5]徐志剛,黃濤.基于單片機的智能風扇[J].電子設(shè)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(yè)家天地,2007,(12):229-230[2017-09-16].

[7]鄧興成.單片機原理與實踐指導(dǎo)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2010.

[8]周航慈.單片機應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學出版社,2002.

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(dǎo)教師：張國恒。