智能語音控制收音機

教學背景

1920年11月2日，世界上第一座商業(yè)廣播電臺KDKA廣播電臺正式開播。隨后廣播事業(yè)不斷發(fā)展，逐步形成全球性的廣播網，調頻收音機也成為傳統(tǒng)電器中必不可少的一員。廣播電臺和收音機伴隨著無數人的成長，即使在互聯(lián)網高速發(fā)展的今天，收音機也發(fā)揮著它獨特的作用。如學生們用收音機收聽英語聽力資源和歌曲等，老年人常用收音機收聽一些新聞和戲曲等，車載收音機可以豐富駕駛員單調的行車旅途。傳統(tǒng)的調頻收音機需要人們手動選擇頻率波段才能收聽喜歡的電臺，費時費力，對駕駛員來說更是極為危險。故本節(jié)課讓學生在學習中了解廣播電臺的工作原理及身邊的廣播電臺頻率，并學會應用語音識別技術來控制電臺頻道的切換。

教學目標

1.學會利用3D One軟件設計智能語音控制收音機的外殼，并結合硬件合理設計安裝位，培養(yǎng)學生的動手能力和設計思維;

2.了解DFRduino UNO R3主控板、TEA5767收音機模塊、好好搭搭ASR-THREE離線語音識別模塊的工作原理;

3.學會通過編程實現語音控制切換收音機電臺頻道的效果，培養(yǎng)學生的創(chuàng)意思維、高階思維。

教學重點與難點

教學重點 根據需求設計收音機的外殼，同時根據開源硬件的尺寸實現各模塊及線材的精準安裝。

教學難點 了解好好搭搭ASR-THREE離線語音識別模塊、DFRduino UNO R3主控板、TEA5767收音機模塊的工作原理，通過編程實現語音控制切換收音機頻道的效果。

教學過程

一、創(chuàng)意構思，激發(fā)興趣

師：與機器進行語音交流，讓機器明白自己說什么，這是人們長期以來夢寐以求的事情。近年來語音識別技術不斷發(fā)展并逐漸成熟，目前人類已能實現和機器對話的夢想了。傳統(tǒng)的收音機需要手動選擇自己喜歡的電臺頻道，不是很方便，所以本節(jié)課老師帶領大家一起設計一款智能語音控制收音機，實現運用語音識別技術切換電臺頻道。

（設計的收音機不僅僅要能收聽到廣播電臺的節(jié)目，還要能讓學生在學習的過程中體會語音識別的過程，即特征提取、模式匹配和模型訓練，體驗人和機器對話的樂趣。）

二、初識硬件，暢想創(chuàng)意

（一）認識各類電子元件

教師分別介紹TEA5767收音機模塊、好好搭搭ASR-THREE離線語音識別模塊、OLED單色顯示屏、無源音箱小喇叭、Gravity： IO傳感器擴展板V7.1的功能及特點。

（二）線路連接

選擇一個ASR-THREE離線語音識別模塊，使用3P傳感線與擴展板上的數字接口3連接，分別連VCC（紅色）、GND（黑色）、S（白色）。

選擇一個TEA5767收音機，使用4根杜邦線連接擴展板上的IIC接口，分別連VCC（紅色）、GND（黑色）、SCL（綠色）、SDA（藍色）。

選擇一個OLED單色顯示屏，使用4P傳感線與擴展板上的IIC接口連接，分別連VCC（紅色）、GND（黑色）、SCL（綠色）、SDA（藍色）。

選擇三個點動按鍵模塊，使用3P傳感線分別連接到擴展板上的數字接口8、9、10。

鋰電池需要在安裝的時候連接開關，正極與擴展板PWR_IN接口的正極連接，負極與擴展板PWR_IN接口的負極連接。

具體連接示意圖如圖1。

（三）設計程序

1.程序編寫

師：在編寫程序之前，我們先來了解下好好搭搭ASR-THREE離線語音識別模塊的學習功能。

（1）喚醒詞

喚醒詞是指將產品從待機狀態(tài)切換到工作狀態(tài)的詞語，是用戶與語音互動產品的第一個接觸點，喚醒詞最多可設置5個。

（2）學習喚醒詞

首先用默認的喚醒詞喚醒語音助手，然后說出“學習喚醒詞”，語音助手會根據提示去學習喚醒詞。喚醒詞學習一共進行3次，學習過程中3次喚醒詞必須一致，最后會提示學習完成。

（3）命令詞

命令詞是指用戶對語音互動產品發(fā)出一定指令的詞語，以此與其進行溝通。

（4）學習命令詞

用喚醒詞（默認或已學習的）喚醒語音助手，然后說出“學習命令詞”，根據提示去學習命令詞。命令詞學習一共進行3次，學習過程中3次命令詞必須一致，最后會提示學習完成。學習結束后會自動生成一個ID，通過這個ID編寫程序來控制即可。

（5）刪除喚醒詞和命令詞

用喚醒詞（默認或已學習的）喚醒語音助手，然后說出“我要刪除”，根據提示來刪除喚醒詞和命令詞。

（6）了解好好搭搭ASR-THREE離線語音識別模塊ID對照表

好好搭搭ASR-THREE離線語音識別模塊已經為用戶設置了常用的喚醒詞和命令詞，其中ID53—ID69是專供用戶學習存儲新的喚醒詞或命令詞。

了解好好搭搭ASR-THREE離線語音識別模塊的學習功能后，根據需要讓其學習新的命令詞，并獲取新命令詞的ID進行記錄，獲取ID的程序如圖2。

獲取命令詞ID后就可以對智能語音控制收音機進行編程了，可以通過獲取變量ID號，然后根據不同的ID號設置不同的電臺頻率，并顯示在OLED屏上，如圖3。

2.程序調試

將編寫好的程序上傳到DFRduino UNO R3主控板上后進行測試，測試成功即可。

三、結構設計

設計收音機結構時，考慮到有的學生可能沒有見過老式的收音機，教師可建議學生在網上找一張老式的收音機圖片作為設計參考，結合現在的設計風格，創(chuàng)意設計智能語音控制收音機的外部造型。

學生利用3D One軟件，根據自己設計的尺寸進行智能語音控制收音機外形的建模，并注意留出定位孔（詳細制作步驟可掃碼觀看視頻）。教師巡視答疑，并及時給予指導。

四、作品裝配

將DFRduino UNO R3主控板和擴展板組合后放進盒子中，將DFRduino UNO R3主控板的USB接口和DC電源接口對準收音機外殼的開孔處，依次將喇叭、OLED顯示屏、電源開關、點動按鍵、鋰電池充電接口安裝到相應位置，并用熱熔膠槍加以固定。

安裝完成后將底蓋用螺絲固定好，打開電源開關就可以正常運行了。

教學反思

收音機曾是風靡全球的電子產品，但隨著科技的高速發(fā)展，它漸漸淡出了大眾的視線，只在某些特定人群中發(fā)揮著作用。而近年來人工智能技術非?；馃幔貏e是語音識別技術在日常生活中的應用更是常見。為了讓學生能詳細地了解廣播電臺與收音機，并學會綜合運用語音識別技術，本項目就此孕育而生。本項目的實施不僅可以讓學生了解廣播電臺的歷史，還能自己動手實踐，通過三維創(chuàng)意設計和編程來實現智能語音控制收音機的夢想。

沈志宏 上海外國語大學附屬浙江宏達南潯學校信息技術教師，浙江省湖州市技術能手，南潯區(qū)教學明星，3D打印造型師。個人著作《輕松玩轉3D? One 與3D 打印》《給3D One點顏色——輕松玩轉三維建模與3D打印》《青少年3D 打印課程——輕松玩轉123D Design》由人民郵電出版社出版并公開發(fā)行。