遠(yuǎn)程語音控制智能家電方案設(shè)計(jì)淺析

劉保全 劉健 唐旭 藍(lán)海溫 王昌紅

摘 要：人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，促使傳統(tǒng)家電走向智能化、而語音識別技術(shù)的進(jìn)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(yōu)質(zhì)的服務(wù)，本文采用的主控制器是MCS-51單片機(jī)，采取LD3320語音識別模塊，通過無線方式傳輸?shù)狡渌麊纹瑱C(jī)模塊進(jìn)行控制，解決了語音控制和家電之間的互動(dòng)關(guān)系，從而提高了家居智能化。幫助老人及行動(dòng)能力障礙人士的日常生活，它的優(yōu)點(diǎn)在于語音識別迅速準(zhǔn)確，是對家電使用的一次革新。

關(guān)鍵詞：語音控制;智能家居;人工智能

前言

隨著人們生活質(zhì)量的不斷改善以及生活節(jié)奏的不斷加快，人們對家電產(chǎn)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(yīng)運(yùn)而生。家電智能化作為當(dāng)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(shí)尚品味，被越來越多消費(fèi)者所期待。

智能語音交互家電控制系統(tǒng)是一款通過語音合成、語音識別、無線Wi-Fi傳輸來實(shí)現(xiàn)人與智能終端交互的家電控制系統(tǒng)[1]。該系統(tǒng)包含智能人機(jī)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(jī)、電腦、平板等智能設(shè)備，再通過Wi-Fi與智能終端產(chǎn)品進(jìn)行連接，從而輕松便捷的操作智能設(shè)備，簡單中帶來美妙的智能享受。不僅如此，該系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)通過TTS合成播報(bào)新聞、天氣、預(yù)警等文本類信息，以及智能家電終端產(chǎn)品故障的提示語等。經(jīng)過50多年的探索與創(chuàng)新，語音識別技術(shù)在需要電子設(shè)備的各個(gè)方面都得到了應(yīng)用，大到載人航天[2]、工業(yè)生產(chǎn)[3]，小到家用電器、兒童玩具，語音識別系統(tǒng)都做出了巨大的貢獻(xiàn)，由此可見，語音識別技術(shù)未來可期[4]。

本文基于語音識別的智能家電控制系統(tǒng)的主控制器是MCS-51單片機(jī)，為了識別語音信號，采取LD3320語音識別模塊，電視機(jī)、電冰箱等家用電器的控制是單片機(jī)識別結(jié)果后通過無線方式傳輸?shù)狡渌麊纹瑱C(jī)模塊進(jìn)行控制，從而達(dá)到家居智能化。該系統(tǒng)能夠幫助老人及行動(dòng)能力障礙人士的日常生活，它的優(yōu)點(diǎn)在于語音識別迅速準(zhǔn)確，是對家電使用的一次革新。

1語音識別模塊設(shè)計(jì)

本文研究以非特定人語音識別對家電進(jìn)行相關(guān)控制，通過將語音轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的指令對家電進(jìn)行控制。整個(gè)系統(tǒng)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(jìn)行識別和轉(zhuǎn)換的，家電控制電路部分則是以STC89C52為核心對外設(shè)（如LED燈、風(fēng)扇、顯示屏）進(jìn)行控制的

語音識別原理語音識別芯片LD3320采用ASR技術(shù)，LD3320語音識別模塊的語音識別模塊的主控芯片為STC11L08XE，內(nèi)置掉電檢測電路、看門狗和EEPROM功能，具備2個(gè)16位定時(shí)器、3個(gè)時(shí)鐘輸出口和1個(gè)獨(dú)立通用全雙工異步串行口。該模塊還加入了電源轉(zhuǎn)換電路，提供穩(wěn)定的3.3V電壓供模塊使用，同時(shí)未被利用的單片機(jī)I/O口引出至插排處，方便對外設(shè)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(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案

2.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)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(guān)鍵詞添加、語音識別和響應(yīng)中斷，家電控制程序?qū)φZ音識別命令進(jìn)行配置，用以調(diào)節(jié)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(shè)計(jì)LD3320模塊，首先對時(shí)鐘頻率、ADC專用控制、DSP模塊和ASR模塊等進(jìn)行初始化，設(shè)定FIFO_EXT上下限并調(diào)整MC U、DSP參數(shù)。

2.3添加拼音串和識別碼

語音識別的結(jié)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(jīng)過語音識別器與拼音串相匹配，再通過對應(yīng)的識別碼進(jìn)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(guān)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(guān)閉外部中斷，在此期間對ADC增益進(jìn)行設(shè)置，并調(diào)節(jié)麥克風(fēng)音量和靈敏度。之后通知DSP開始進(jìn)行語音識別，打開外部中斷后等待中斷信號產(chǎn)生。

3.系統(tǒng)測試及展望

系統(tǒng)測試時(shí)，需要先由用戶對板載麥克風(fēng)說出“指定名稱”的一級指令，當(dāng)用戶說出該指令并識別成功后，系統(tǒng)將發(fā)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(xù)說出二級指令，如電風(fēng)扇、空調(diào)、電視機(jī)、拉開窗簾等語音指令，系統(tǒng)繼續(xù)識別二級指令，如果識別成功，將執(zhí)行相應(yīng)的打開電風(fēng)扇、打開空調(diào)、打開電視機(jī)、拉開窗簾等家電操作任務(wù)。

智能化優(yōu)點(diǎn)本文設(shè)計(jì)的智能語音家電控制系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)：

[1]胡蓉，楊柳，胡向東.基于多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能家居入侵檢測方法[J].重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)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(yǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（07）：94.

[3]高凡.智能家居國家標(biāo)準(zhǔn)宣貫進(jìn)行時(shí)[J].中國建設(shè)信息化，2019（07）：40.

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

項(xiàng)目：黑龍江省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目：遠(yuǎn)程語音控制智能家電方案設(shè)計(jì)與研究（項(xiàng)目號：S202113299008X）。

作者簡介：劉寶權(quán)（2001-），男，本科在讀，機(jī)械電子工程專業(yè)，哈爾濱石油學(xué)院，主要從事智能家電控制技術(shù)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(jī)械設(shè)計(jì)及數(shù)控等專業(yè)教學(xué)與改革研究以及碳纖維復(fù)合材料高品質(zhì)加工機(jī)理研究工作