基于YQ2208語音識別模塊的智能新型節(jié)能燈設(shè)計

范將軍

【摘 要】本系統(tǒng)以STM32F103單片機為主控制器，通過YQ2208語音識別模塊對語音信號進行識別，單片機讀取識別結(jié)果后通過無線通訊模塊傳輸所接外設(shè)節(jié)能燈進行直接控制或?qū)⒖刂浦噶钔ㄟ^路由器以無線方式傳輸?shù)狡渌鼏纹瑱C模塊對其它節(jié)能燈以及家電進行控制，進而實現(xiàn)家居智能化。本系統(tǒng)設(shè)計的語音識別迅速高效，方便用戶通過語音方式對家中照明燈進行無線控制，可以滿足用戶夜間行動及老人和行動不便人士的日常需要。

【關(guān)鍵詞】STM32F103 YQ2208語音識別模塊;無線傳輸;智能控制

中圖分類號： TP273.5 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）05-0054-003

0 引言

語言交流是人類與外界最有效、最便捷的一種途徑?，F(xiàn)如今，隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展，人工智能技術(shù)、計算機技術(shù)、電子通信技術(shù)、自動化技術(shù)等日益成熟，人類社會邁進智能生活新時代。因此，把家居生活中的照明系統(tǒng)接入智能控制系統(tǒng)必不可少，使得用戶生活高效、迅速。語音識別芯片是人們之間進行信息交換最直接、最普及和最有效的工具，同時也是人機之間進行通信的重要工具。將語音控制系統(tǒng)和照明系統(tǒng)結(jié)合起來，會給人們生活帶來極大方便，例如夜晚中不需要再黑暗中尋找照明開關(guān)，不需要在寒冷的冬天起床關(guān)燈。如果使用智能新型節(jié)能燈，這些問題都會迎刃而解。

本文設(shè)計的智能新型節(jié)能燈是基于YQ2208語音識別模塊具有識別非特定人聲功能的聲控節(jié)能燈，采用模式匹配的原理來實現(xiàn)語音識別功能。其功能為達到不同用戶發(fā)出語音指令后都能實現(xiàn)精準控制照明燈燈開關(guān)的功能的目的，從而為人們的生活帶去方便。

1 語音識別系統(tǒng)原理及模塊設(shè)計

1.1 語音識別系統(tǒng)原理

想要實現(xiàn)語音識別功能需要一定的基本過程，根據(jù)不同的語音識別系統(tǒng)在實際應用中對識別對象的要求不同，語音識別系統(tǒng)大致分為兩部分：對特定人聲的識別與非特定人聲的識別。特定人聲識別語音系統(tǒng)是指系統(tǒng)中訓練和存儲的是特定人聲的信號，只能識別出特定人發(fā)出的語音信號，而其他人的語音不能識別;非特定人聲識別系統(tǒng)是指訓練和識別的對象為所有人。這兩種不同系統(tǒng)相比之下實現(xiàn)非特定人聲識別的難度更大。本文介紹的智能新型節(jié)能燈采用短語、非特定人聲的識別技術(shù)，其基本原理如圖1所示。系統(tǒng)的基本原理為：首先將通過麥克風收集到的嘈雜語音信號進行預處理，例如去噪、濾波、放大等，然后通過端點檢測，將收集到的語音信號中有效的成分進行特征提取。在首次使用該語音識別系統(tǒng)時需要對該指令的進行訓練、存儲等。訓練和存儲的過程需要逐字節(jié)提取語音信號的特征，并將生成的語音命令模板存儲在STM32的RAM中。再次進行語音識別時，將識別并提取的語音信號與存儲于STM32中的模板相對比，如果與模板信號相適應，則進一步對繼電器驅(qū)動模塊發(fā)送控制信號。[1-3]

1.2 語音識別模塊設(shè)計

語音識別過程處理過程如圖2所示。

2 系統(tǒng)硬件組成

2.1 主控制器模塊

單片機是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，其作用看似一個人的大腦，相對于不同的系統(tǒng)、不同的環(huán)境所選擇的單片機型號也有所差別。本文設(shè)計的智能語音識別系統(tǒng)，采用意法半導體公司生產(chǎn)的STM32F103系列芯片，主要用于嵌入式應用設(shè)計的處理器。高性能的“Cortex-M3”內(nèi)核，最大的集成復位電路、低電壓檢測、調(diào)壓器、精確的RC振蕩器等，功耗低在72MHz時消耗36mA（所有外設(shè)處于工作狀態(tài)），待機時下降到2μA，能夠適應智能控制，高速通信，強干擾等場合，其體積小易開發(fā)等優(yōu)點是選擇該款處理器時主要是考慮到的因素。

2.2 語音識別模塊

YQ2208語音識別芯片是一個基于非特定人語音識別技術(shù)的語音識別芯片。該芯片集成了語音識別處理器和一些外設(shè)，包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)化器、聲音輸出接口、麥克風等，該語音識別芯片可以實現(xiàn)語音識別、聲控和人機對話功能。YQ2208語音識別芯片完成非特定人語音識別，每次識別最多可以設(shè)置50項候選指令，每個指令可以是短句或詞組。[5]

2.3 無線傳輸模塊

nRF24L01是由NORDIC公司生產(chǎn)的一款無線通訊芯片，工作在2.4GHz到2.5GHz的ISM 頻段，采用FSK調(diào)制，內(nèi)部集成自己公司的ESB（Enhanced Short Burst）協(xié)議，可實現(xiàn)點對點通信或1對6的無線通信。無線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、增強型模式控制器、晶體振蕩器、功率放大器、解調(diào)器和調(diào)制器。該款芯片無論在掉電模式或待機模式下電流消耗非常低，十分節(jié)能。容易與單片機相連接，并完成無線數(shù)據(jù)傳送工作。非常適合用于本系統(tǒng)的無線通訊功能。[7]

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)主要功能模塊初始化及相關(guān)函數(shù)

本系統(tǒng)設(shè)計在Keil軟件上進行開發(fā)，以C語言為基礎(chǔ)，調(diào)用ARM公司提供的基礎(chǔ)函數(shù)庫建立工程。在程序開發(fā)過程中，以簡潔和實用為目標，使得整個系統(tǒng)程序所占用的內(nèi)存空間最小。系統(tǒng)程序包括主函數(shù)、初始化函數(shù)、用戶自定義函數(shù)、中斷函數(shù)和語音識別模塊初始化及識別處理函數(shù)，函數(shù)具體名稱和作用如下所示。

（1）STM32初始化函數(shù) ：void STM_init（）

STM初始化：包括時鐘初始化、GPIO初始化、TIMER初始化、外設(shè)初始化、中斷初始化、ADC初始化等。

（2）用戶自定義函數(shù) ：void User_write（uint8 date）

作用 ：識別結(jié)果成功后，傳輸?shù)絪tm32進行之后的處理。

（3）中斷函數(shù) ：void ExtInt1Handler（void） interrupt 1

作用：對YQ2208的中斷請求進行處理。

（5）YQ2208初始化函數(shù) ：void YQ_Init（）

作用：YQ 模塊命令初始化。

（6）YQ2208_ASR 功能初始化函數(shù)：void YQ_ASR_Init（）

作用：YQ 模塊 ASR 功能初始化。

（7）執(zhí)行ASR識別處理函數(shù)： uint8 RunASR（void）

作用：運行ASR識別流程。

3.2 系統(tǒng)程序流程框圖

語音識別系統(tǒng)單片機程序流程圖如圖3所示。

4 系統(tǒng)測試

本系統(tǒng)設(shè)計以方便易操作為目標，在系統(tǒng)測試時，該智能新型節(jié)能燈系統(tǒng)只需要以“SUNNY”為喚醒口令， 每次識別時必須先觸發(fā)喚醒口令，才能執(zhí)行操作口令，如臥室開暖光燈、臥室開白光燈、臥室關(guān)燈、大廳開白光燈、大廳關(guān)燈等。系統(tǒng)開啟時，麥克風說“SUNNY”喚醒口令，指示燈閃爍亮燈后，再對著麥克風說 ：“臥室開暖光燈”操作口令則繼電器控制臥室燈亮。

目前該語音識別系統(tǒng)能識別的操作口令有7個：分別是臥室關(guān)燈、臥室開暖光燈、臥室開白光燈、客廳開白光燈、大廳開暖光燈、大廳關(guān)燈和“關(guān)閉所有”。實際應用時可以根據(jù)具體需要增加相應的控制節(jié)點及操作口令。[4]

5 結(jié)束語

現(xiàn)在，語音識別技術(shù)的日趨成熟，嵌入式系統(tǒng)應用逐漸普及。本文介紹的基于YQ2208芯片的非特定人聲語音識別智能新型節(jié)能燈程序功能設(shè)計較為完善，硬件模塊選型合理，可搭配相關(guān)軟件操作，具有系統(tǒng)識別率高，容錯率好，容易集成，可靠性高等，理想的實現(xiàn)了對非特定人聲控制節(jié)能燈開關(guān)的目的，在智能化，科技化的生活中具有廣泛的應用。

【參考文獻】

[1]李建文，張晉平.基于改進語音特征提取方法的語音識別[J].微電子學與計算機.2009，26（7）.

[2]譚浩強.C程序設(shè)計教程[M].北京：清華大學出版社，2007.

[3]熊飛麗.語音識別技術(shù)在語言教學軟件中的應用研究 [D].長沙：國防科學技術(shù)大學，2002.

[4]王中心等.基于LD3320語音識別模塊的智能家居聲控系統(tǒng)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù).2016，11.

[5]消費日報.基于YQ2208語音識別專用芯片的YQ5969語音識別模組功能介紹[N/OL].鳳凰網(wǎng)寧波.2017-12-14.

http：//nb.ifeng.com/a/20171214/6228592_0.shtml

[6]王芷郁等..基于STM32F103ZET6的無線語音控制小車設(shè)計與實現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù).2018，14（12）.

[7]李澤坤，葉水生.基于nRF24L01無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的硬件設(shè)計[J].儀表技術(shù)與傳感器.2013，11.