基于arduino的語音控制系統

林敏 李強

摘 要：隨著科技的進步，家用電器逐步走向智能化、人性化。不同的家用電器便利了我們的家庭。但是隨著人們對生活要求的提高，總會發現便中還有著不便，而面對著這些新的不便，創客們正在用自己的智慧改造他們。而我們就打算利用語音控制使我們的生活走向新的科技生活，讓我們“靠嘴生活”。該項目主要利用arduino結合語音控制模塊以及相關的繼電器等器件，實現語音控制電燈、插座等家用電器的目標。

關鍵詞：arduino 語音控制 家用電器

中圖分類號：TP271 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）05（c）-0038-02

1 項目簡介

1.1 項目名稱

基于arduino的語音控制系統。

1.2 項目含義

近年來， 隨著語音識別與確認技術的逐漸成熟，基于語音識別技術的對話控制系統受到了越來越多的關注。現有的語音技術有些是要先錄入聲音，然后采用對照的方式進行識別，這樣一來，不同的人說同樣的話，可能識別結果不一樣，該系統采用專門的控制板，不需要事先錄入，只需設置相應的關鍵詞，就可以進行識別，配合arduino控制器，從而進行相應的執行動作。

1.3 項目產生的背景及原因

語音識別技術，也被稱為自動語音識別（Automatic Speech Recognition，ASR），其目標是將人類的語音中的詞匯內容轉換為計算機可讀的輸入，例如按鍵、二進制編碼或者字符序列。與說話人識別及說話人確認不同，后者嘗試識別或確認發出語音的說話人而非其中所包含的詞匯內容。

語音識別技術的應用包括語音撥號、語音導航、室內設備控制、語音文檔檢索、簡單的聽寫數據錄入等。語音識別技術與其他自然語言處理技術如機器翻譯及語音合成技術相結合，可以構建出更加復雜的應用，例如語音到語音的翻譯。

語音識別技術所涉及的領域包括：信號處理、模式識別、概率論和信息論、發聲機理和聽覺機理、人工智能等等。

1960年代，人工神經網絡被引入了語音識別。這一時代的兩大突破是線性預測編碼Linear Predictive Coding （LPC）和動態時間規整Dynamic Time Warp技術。

1.4 項目實施的必要性

語音識別一直是人類的夢想，故事“阿里巴巴和四十大盜”里面的“芝麻開門”便反映了古人對語音產品的一個構想。科技發展到今天，人類對語音識別的研究工作始于20世紀50年代。經過50多年的努力和積淀，尤其進入90年代后，語音識別技術進一步成熟，開始向市場提供商業化運作比較成熟的產品。許多發達國家如美國、日本、韓國以及IBM、Apple、 Nuance 、Microsoft等公司都為語音識別系統的實用化開發研究投以巨資，但在生活中，語音識別似乎應用的不太多，該項目采用簡單的結構，以語音識別模塊為核心，實現簡單的語音控制應用，是語音識別技術在生活中的一個應用實例。

語音識別技術發展到今天，特別是中小詞匯量非特定人語音識別系統識別精度已經大于98%，對特定人語音識別系統的識別精度就更高。這些技術已經能夠滿足通常應用的要求。

2 項目實現的目標及實現方法

2.1 項目目標

該項目實現的目標為：通過語音識別模塊，識別人說話的意思，并發送信號給arduino，由arduino程序去控制相應的執行機構動作，例如：開燈，關燈，打開或者關閉風扇等等。從而實現人機互動。語音模塊具備以下性能。

（1）高準確度和實用的語音識別效果。

（2）非特定人語音識別技術：不需要用戶進行錄音訓練。

（3）可動態編輯的識別關鍵詞列表：只需要把識別的關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。比如，用戶在51等MCU的編程中，簡單地通過設置芯片的寄存器，把諸如“你好”這樣的識別關鍵詞的內容動態地傳入芯片中，芯片就可以識別這樣設定的關鍵詞語了。

（4）支持用戶自由編輯50條關鍵詞：在同一時刻，最多在50條關鍵詞語中進行識別，終端用戶可以根據場景需要，隨時編輯和更新這50條關鍵詞語的內容。

2.2 實現方法

該項目采用現成的語音控制模塊，但是模塊本身有局限性，就是只有2個控制引腳，只能控制2個外部器件。大大限制了其實用性，好在其自帶串口通信引腳，我們就用arduino（arduino本質上是一種AVR單片機，開發者對其進行了二次開發，大大降低了使用的難度）和其進行串口通信，arduino本身自帶50多個控制引腳并且還可以擴展以獲得更多引腳，這樣，通過對語音控制模塊編程，語音控制模塊負責將聲音轉換為相應的代碼（例如語音“打開電燈”對應“001”，“關閉電燈”對應“002”），并通過串口發送給arduino，然后再對arduino編程，使其接受到相應的代碼后，能執行相關操作（例如將arduino的13號輸出腳通過繼電器控制電燈，當arduino接受到“001”時候，使得13號輸出腳輸出高電平從而點亮電燈，接受到“002”時候，使得13號輸出腳輸出低電平從而關閉電燈）。這樣，需要控制多種電器的話，只需要依次對應在語音模塊和arduino里增加程序即可！

3 結語

該項目是南京機電職業技術學院2015年度三創大賽決賽的入圍作品，通過近一個月的努力，我們最終調試完成，并在決賽中獲得了二等獎的好成績！

“車到山前必有路”并不是自我安慰，而是真實的心理現象。每個人都有一些創意，但是當這些創意真正需要實現的時候，往往覺得無從下手。其實，當你真想完成這個項目的時候，通過查閱資料、請教他人、相互討論等方式，是可以克服這些困難的。

當你敢想、敢做的時候，哪怕最終失敗，你也是最優秀的創客！

參考文獻

[1] Simon Monk，著.創客電子電子制作DIY指南[M].孫宇，譯.人民郵電出版社，2014.

[2] Simon Monk，著.arduino編程從零開始[M].劉椮楠，譯.科學出版社，2013.

[3] 陳呂洲.arduino程序設計基礎[M].北京航空航天大學出版社，2015.