基于語音交互的智能家居設(shè)計

李奇遙 李小碟

摘 ?要：現(xiàn)代生活中的家具電器數(shù)量急劇增多，傳統(tǒng)家居的機械化控制方式已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)代生活的需求，伴著家居電器的使用越來越廣泛，一個智能化的控制系統(tǒng)，不僅能夠優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，同時也能增強家居使用的安全性，該系統(tǒng)的市場發(fā)展有很大的潛力，根據(jù)讓科技更好的服務(wù)于人們的日常生活這一理念，針對當(dāng)下傳統(tǒng)家居控制方式落后及使用不方便等缺點，我們團隊進行了此次基于語音交互的智能家居控制系統(tǒng)的研究。

關(guān)鍵詞：語音交互;智能家居

1 系統(tǒng)組成

硬件方案采用Arduino UNO R3模塊+LD3320語音識別模塊+SYN6288語音合成模塊+DHT11溫濕度傳感器+MQ-2氣體傳感器+光敏電阻+LED燈+風(fēng)扇+喇叭設(shè)計而成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.1 Arduino模塊

Arduino是一個開源性開發(fā)平臺，硬件部分由Atmel AVR單片機、I/O接口及相關(guān)電路組成，軟件部分則包括標(biāo)準(zhǔn)的程序編譯器和下載編譯器具有使用類似java和c語言的processing/writing開發(fā)環(huán)境，可通過各種各樣的傳感器感知環(huán)境，并能通過馬達、燈光來反饋甚至影響環(huán)境，這些都可以滿足智能家居系統(tǒng)的設(shè)計需求。除此之外，Arduino還具有極高的實用性，其所有的軟件都可以免費下載，硬件在符合Availableopen-Source協(xié)議下也可根據(jù)自己的需要和要求進行修改，這給我們項目的順利實施提供了很大的便利。

1.2 語音識別模塊

LD3320是基于關(guān)鍵詞語列表識別技術(shù)的語音識別模塊，由語音識別處理器和一些外部電路組成，不需要接入額外的輔助芯片，展現(xiàn)了其在設(shè)計上注重節(jié)能和高效的特點?？焖俣€(wěn)定的優(yōu)化算法，使其具有高準(zhǔn)確度與強實用性的語音識別效果和非特定人語音識別技術(shù)，不需要用戶事先進行錄音訓(xùn)練。識別關(guān)鍵詞的列表可動態(tài)編輯，只需要把識別的關(guān)鍵詞以字符串的形式傳送進芯片，即可以在下次識別中立即生效。LD3320還支持用戶自由編輯50條關(guān)鍵詞，在同一時刻，可以在50條關(guān)鍵詞語中進行識別，終端用戶可以根據(jù)場景需要，隨時編輯和更新這50條關(guān)鍵詞語的內(nèi)容，操作簡單，方便上手。

1.3 語音合成模塊

SYN6288是一款性價比高、效果自然的中文語音合成芯片，通過異步串口傳輸，接收待合成的文本數(shù)據(jù)，實現(xiàn)文本到語音的轉(zhuǎn)換。在硬件上具有接口電路簡單，電路集成，低功耗的特點。在功能上，支持任意中文和英文字母的合成，合成效果清晰、自然、準(zhǔn)確，同時具備很強的多音字和中文姓氏的處理能力，此外，SYN6288還可以執(zhí)行合成、停止、暫停合成、繼續(xù)合成、改變波特率等多種控制命令。

1.4 溫濕度傳感器

DHT11是一種含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，由電阻式感濕和NTC測溫元件組成，可與高效能的單片機連接，實現(xiàn)對環(huán)境溫濕度的檢測。它采用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，可靠性高，穩(wěn)定性強。每個DHT11傳感器都在極其精確的校驗室進行校準(zhǔn)，使其具有較高的準(zhǔn)確度，其測量精度保持在濕度±5RH、溫度±2℃之間;數(shù)據(jù)采用數(shù)字輸出，其傳輸方式采用單線制串行接口，使系統(tǒng)集成更加簡單便利;其封裝采用4引腳安裝，連接器件更加方便易上手。

1.5 氣體傳感器

MQ-2煙霧氣敏傳感器是一款適合多種應(yīng)用的低成本氣體傳感器，具有探測范圍廣泛、靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、壽命長、驅(qū)動電路簡單等眾多優(yōu)點。它的工作原理十分簡單：當(dāng)氣體傳感器所處環(huán)境存在可燃氣體，傳感器中的電導(dǎo)率會隨著可燃氣體的濃度變化而隨之改變，通過簡單的電路就可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與之氣體相應(yīng)濃度的輸出信號，結(jié)合繼電器和蜂鳴器的使用，可實現(xiàn)煙霧報警的功能。

2 系統(tǒng)程序設(shè)計

利用氣體傳感模塊對室內(nèi)環(huán)境進行檢測，將采集量和設(shè)定的閥值進行比較，并將檢測結(jié)果反饋給Arduino中央控制系統(tǒng)，若檢測到氣體濃度過高，控制系統(tǒng)則做出相應(yīng)的反應(yīng)機制即報警;若濃度適宜，此時可以進行語音輸入，通過語音識別模塊和語音合成模塊對Arduino中央控制系統(tǒng)發(fā)送命令，控制風(fēng)扇、照明設(shè)備等電器的運轉(zhuǎn)，加上溫濕度傳感器模塊，我們也可以通過語音播報系統(tǒng)了解當(dāng)時環(huán)境的溫濕度。

由于Arduino開元平臺預(yù)先在集成軟件IDE開發(fā)環(huán)境中提供了常用的庫文件，因此在使用其基本功能時只需在共享平臺Github上下載所需要的庫并調(diào)用即可，并且Arduino IDE對于電腦系統(tǒng)的選擇不挑剔，Windows系統(tǒng)、Linux系統(tǒng)都可以安裝且能夠運行編程，所以系統(tǒng)軟件采用Arduino IDE開發(fā)環(huán)境進行設(shè)計，程序設(shè)計語言類似C語言，編寫的程序流程圖如圖2所示。

3 結(jié)束語

由Arduino、傳感器模塊、語音識別模塊、語音合成模塊等部件組成的一套智能家居系統(tǒng)經(jīng)過試驗后運行效果穩(wěn)定，達到了初期設(shè)定的語音控制電器的使用及對環(huán)境進行檢測并做出反應(yīng)的目標(biāo)，能夠優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節(jié)約資金。適用于現(xiàn)代家居小區(qū)，更適合行動不便的老人家庭，具有巨大的推廣使用價值和開發(fā)潛力。

參考文獻

[1] ?趙洋洋，陳國維，郭震邦，等.一種基于Arduino的智能家居安防系統(tǒng)設(shè)計[J].中國科技信息，2020（05）：98-99.

[2] ?紀(jì)欣然.基于Arduino開發(fā)環(huán)境的智能尋光小車設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（15）：161-163.

[3] ?高航.基于Arduino的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（33）：61.