基于STM32單片機(jī)語(yǔ)音遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

北方民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院　周　根　楊　操　張　琴　禹麗妮　楊　靜

基于STM32單片機(jī)語(yǔ)音遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

北方民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院周根楊操?gòu)埱儆睇惸輻铎o

本設(shè)計(jì)是由STM32單片機(jī)作為主控模塊，STC89C51單片機(jī)作為從機(jī)處理模塊，子模塊是由LD3320非特定型語(yǔ)音識(shí)別模塊、Zigbee無(wú)線傳輸模塊四大模塊組成。通過(guò)LD3320非特定型語(yǔ)音識(shí)別模塊完成語(yǔ)音識(shí)別分析等任務(wù)，然后將分析過(guò)的語(yǔ)音命令經(jīng)過(guò)SPI串口通信協(xié)議傳送給STM32單片機(jī)。再經(jīng)過(guò)軟件編程使得STM32單片機(jī)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。然后直接由語(yǔ)音通過(guò)無(wú)線發(fā)射器和無(wú)線接收器實(shí)現(xiàn)對(duì)“被控制物”進(jìn)行語(yǔ)音遠(yuǎn)程控制。如：電燈的狀態(tài)、電風(fēng)扇的狀態(tài)等等。

STM32F103XX；SPI串口通信協(xié)議；STC89C51；Zigbee；LD3320

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和生活水平的不斷提高，自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制已經(jīng)逐漸取代了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)。目前，無(wú)論是在工業(yè)制造市場(chǎng)、還是智能家居的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用等方面，語(yǔ)音遠(yuǎn)程控制都具有相當(dāng)大的市場(chǎng)潛力;語(yǔ)音識(shí)別更是智能化發(fā)展的主流方向。并且當(dāng)今社會(huì)計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、大規(guī)模的集成電路、通訊技術(shù)等已相當(dāng)成熟，一些復(fù)雜的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)已經(jīng)完全制成了專(zhuān)用芯片;可以預(yù)測(cè)在未來(lái)幾年里，語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用將更加廣泛，各種各樣的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的產(chǎn)品將出現(xiàn)在市場(chǎng)上，從而使人們的生活“隨音所欲”，更加舒適、便捷。

1　總體設(shè)計(jì)方案

基于STM32的語(yǔ)音遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 如圖下圖所示：

本系統(tǒng)主要由控制器和被控對(duì)象組成，人們可以通過(guò)語(yǔ)音描述選擇控制對(duì)象和使被控對(duì)象要做出的動(dòng)作響應(yīng)，LD3320非特定型語(yǔ)音識(shí)別模塊采集語(yǔ)音信息，隨即將所采集的語(yǔ)音信息通過(guò)串口傳送至STM32單片機(jī)，通過(guò)STM32單片機(jī)處理該命令信息，再將此信息經(jīng)無(wú)線發(fā)送模塊發(fā)送出去，當(dāng)被控對(duì)象的無(wú)線接收模塊接收到信息便會(huì)把信息送給51單片機(jī)處理，51單片機(jī)通過(guò)內(nèi)部程序使被控對(duì)象做出相應(yīng)的動(dòng)作響應(yīng)。如，可以選擇電風(fēng)扇開(kāi)或關(guān)，以及風(fēng)速大小的選取；對(duì)電燈而言可以控制其亮或者滅，也可以選擇其明或者暗。

2　STM32控制模塊

在系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)中，為了提高系統(tǒng)的性能和可靠性，系統(tǒng)采用有意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的高性能微控制器STM32F103VCT6。STM32F103系列使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC內(nèi)核，該內(nèi)核使用33000門(mén)，其性能可達(dá)1.25DMIPS/MHz。如果以最高主頻72MHz運(yùn)行，處理器性能可達(dá)90DMIPS。STM32F103系列為ST意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的32位“增強(qiáng)型”Cortex-M3微控制器，他的外設(shè)包括2個(gè)12位的多功能、多通道的ADC、6個(gè)通用16位定時(shí)器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口：多達(dá)2個(gè)I2C和SPI、3個(gè)USART、一個(gè)USB和一個(gè)CAN。芯片供電電壓2.0-3.6V，一系列的省電模式保證低功耗應(yīng)用的要求。其實(shí)物如下圖所示。

3　Zigbee無(wú)線傳輸模塊

ZigBee技術(shù)是新一代雙向無(wú)線通信技術(shù)，主要應(yīng)用于距離短、功耗低、傳輸速率低的自動(dòng)控制系統(tǒng)中。它主要工作在無(wú)需注冊(cè)全球通用2.4GHz的ISM免費(fèi)頻段。ZigBee技術(shù)傳輸距離是100～1000m，典型距離是250m，數(shù)據(jù)傳輸速率范圍是20～250Kb/s。ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可由65000個(gè)無(wú)線通信模塊組成，其構(gòu)成類(lèi)似于現(xiàn)在的移動(dòng)通信的CDMA（碼分多址連接網(wǎng)）或GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)），每一個(gè)ZigBee無(wú)線通信模塊相當(dāng)于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)基站，在整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，各個(gè)ZigBee無(wú)線通信模塊之間可以互相通信。

4　LD3320語(yǔ)音模塊

LD3320 芯片是一款“語(yǔ)音識(shí)別” 專(zhuān)用芯片。該芯片集成了語(yǔ)音識(shí)別處理器和一些外部電路，包括 AD、 DA 轉(zhuǎn)換器、麥克風(fēng)接口、聲音輸出接口等。本片不需要外接任何的輔助芯片如 Flash、RAM 等，直接集成在現(xiàn)有的產(chǎn)品中即可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別/聲控/人機(jī)對(duì)話功能。并且，識(shí)別的關(guān)鍵詞語(yǔ)列表是可以態(tài)編輯的。

5　實(shí)物展示圖

主機(jī)控制板:STM32F103VCT6單片機(jī)模塊 LD3320語(yǔ)音模塊zigbee無(wú)線傳輸發(fā)送模塊構(gòu)成。

從機(jī)控制板:LED燈 STC單片機(jī) Zigbee無(wú)線傳輸接收模塊 繼電器模塊 蜂鳴器 OLED顯示屏 小風(fēng)扇構(gòu)成。

6　結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)以STM32單片機(jī)為控制核心的語(yǔ)音遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，通過(guò)語(yǔ)音模塊的采集、無(wú)線傳輸模塊的接收和發(fā)送對(duì)“被控對(duì)象”的控制，控制器簡(jiǎn)單易操作、小巧、美觀、方便攜帶，可以一次性實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)對(duì)象的控制且控制距離遠(yuǎn)，實(shí)用性較強(qiáng)。

［1］郭天祥.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009.

［2］譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)（第4版）［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2012.

［3］喻金錢(qián)，喻斌.STM32F系列ARM Cortex-M3 核微控制器開(kāi)發(fā)與應(yīng)用［M］. 北京： 清華大學(xué)出版社，2011.

［4］劉軍.例說(shuō) STM32［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011.

［5］徐愛(ài)鈞.Keil C51單片機(jī)高級(jí)語(yǔ)言應(yīng)用編程與實(shí)踐［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013.

［6］李雁景.基于ZigBee的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)［D］.西安：西安科技大學(xué)，2012.

［7］彭剛，秦志強(qiáng).基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器應(yīng)用實(shí)踐［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

［8］ZigBee Specification.ZigBee Alliance，December，2006.

［9］范麗娜.智能家居系統(tǒng)中家電控制的研究與實(shí)現(xiàn)［D］.南京：南京郵電大學(xué)，2011.

指導(dǎo)老師：王強(qiáng)（助教）。