語音識別智能家居控制系統設計

周熠，王建衛

（貴州工程應用技術學院，貴州畢節，551700）

0 設計背景

智能家居起源于上世紀80年代的美國，在上世紀來到中國，經過十幾年的發展，特別是伴隨住宅產業的進步，智能家居在中國已經顯出春筍出露的局面。智能家居的到來，使我們的生活水平得到了提升，就相對于現在科學水平的不斷進步，許多智能化的產品已經不能滿足人類的需求了，因此許多商家在原有的智能產品上添加了許多新的功能，來實現更豐富的用戶需要。當家庭智能網將家庭中各種各樣的家電通過家庭總線技術連接在一起時，就構成了功能強大、高度智能化的現代智能家居系統，這一系統不僅實現了實時監控，還可以實現遠程控制。而本次所研究的語音控制智能家居系統是為了提供更為方便的控制方法，讓智能化的產品更加“智能化”與“現代化”。

1 語音識別智能家居控制系統設計方案

■1.1 功能要求

具備語音識別的功能，而且通過已經識別的內容來對家用電器進行控制、MP3的點播等功能，還可以通過串口連接的方式來進行控制。

可以根據自身的喜好來修改語音識別指令的內容，比如原始的啟動語音為“小石頭”，你可以隨意的修改它的啟動語音，比如“小可愛”等。還可以進行更為復雜的語音寫入，寫入一些常用的口頭用語，當他識別到你所說的話時還可以進行一些簡單的對話。

當語音識別指令設置完以后就可以進行控制了，當你說“請開臺燈”指令時，就會對相應的家電進行控制，或者說“我想聽歌”時，就可以進行MP3的點播了。

■1.2 方案設計

系統使用STM32F103RCT6芯片為主控芯片，LD3320A為語音識別芯片。分為語音識別模塊、5路繼電器模塊、主控模塊與MP3播放模塊四大模塊。STM32F103RCT6芯片內核為ARM32位，低功耗，多達80個快速I/O端口，7個定時器，9個通信接口，因此作為本次設計的主控芯片。MP3點播功能利用的是串口通信的輸入功能，串口通信波特率為9600bps。5路繼電器模塊采用5個繼電器通過LTC11L02E芯片、MXS3485芯片的連接，達到同時控制幾個繼電器的功能；LD3320是一顆基于非特定人語音識別技術的語音識別、聲控芯片，集成了高精度的A/D和D/A接口，必須要外接輔助，識別的關鍵詞語列表是可以動態編輯的，通過與STM32F103RCT6芯片的連接，能更好的實現語音識別與控制。

圖1 設計的系統框架圖

2 語音識別智能家居控制系統設計的硬件電路

■2.1 語音識別模塊

語音識別模塊是本次設計的核心模塊，一切的語音指令都是通過該模塊進行輸入轉化進行控制的。因此該模塊采用LD3320A為語音識別芯片，該芯片的內部有集成并且優化過的語音識別算法，無需外部LASH、RAM資源，就可以精準的完成非特定的語音識別的內容了。有了這一系列的優點以后，只需在芯片的外端加一些復位電路以及控制電路就能進行語音的識別了，并且將識別的內容傳輸給控制模塊來進行加工處理后對相應的功能做出反應。

■2.2 MP3點播模塊

MP3點播模塊是本次設計的一個娛樂模塊。利用串口通信的輸入功能，可以用單片機串口對本語言模塊發送串口數據，串口通信波特率為9600bps（數據為8，停止位1，無校驗，無流控制），還可以用語音輸入的指令發送數據，這樣就能通過發送過來的指令找到要播放的內容。該模塊是通過往外加的RAM里面存放歌曲，通過語音的輸入指令后通過控制芯片切換到點播的功能，當切換到點播的功能后就可以對存入里面的歌曲進行播放了。

■2.3 STM32F103RCT6芯片控制模塊

該模塊是整個設計的CPU，是實現所有功能的大腦。該芯片的抗干擾能力強，并且無法解密，所以在使用過程中是比較安全的。STM32F103RCT6芯片是32位的，所以能實現的功能強大，有80多個快速的I/O接口，因此能外接比較多的電子元件。STM32F103RCT6芯片屬于單片機的分類，所以在使用的時候也要外接一些復位電路，時鐘頻率，等的啟動電路。STM32F103RCT6芯片外接3個按鍵，分別實現總電路的開關，語音模塊的開關，以及復位；還外接了3個接口，其中兩個是用來外接揚聲器和耳機的，另一個是電源接口；還有外接了一個RAM，用來存放語音指令以及歌曲；還有一些調試的接口。通過這些外接的器件來接收語音識別模塊傳過來的數據，進行分析處理后又通過相應的I/O接口輸出來完成對智能家居的控制。在該模塊中，還預留了PA0-PA7這8個I/O口，用戶可以根據自己的需要來對這8個I/O口進行設置使用。

■2.4 5路繼電器模塊

5路繼電器模塊可以說是本次設計的輸出模塊了，該模塊只需接收STM32F103RCT6芯片傳輸過來的數據，進行控制輸出。繼電器模塊采用5個繼電器通過LTC11L02E芯片、MXS3485芯片的連接，達到控制5個繼電器的功能，用來控制智能家居的開關。繼電器是一種電控制器材，它實際上是用小電流去控制大電流，因為本次設計中的其他模塊都是使用小電流來供電的，輸出的也是小電流，所以就要外加繼電器來對大電流的家用電器進行控制了。本次使用的繼電器最大能承受“10A 250V”的交流電、“10A 30V”的直流電，且繼電器的觸發電平為高電平。

3 軟件程序設計思路

本次設計中實現的功能復雜，因此在編寫程序將采用模塊化的方式進行設計，先設計一個STM32F103RCT6芯片的驅動程序與主程序。設置時鐘頻率，定義輸出引腳與出入引腳等，在根據功能的需要來定義每個引腳的功能。語音輸入程序，在LD3320A為語音識別芯片中也存在了語音識別的算法，因此在主程序中編寫一個子程序來接收信號并處理。MP3播放程序也和語音識別一樣，在主程序中編寫一個子程序進行調用這一功能。5路繼電器程序就比較簡單了，在主控程序里面編寫5個判斷語句執行輸出。

4 總結

語音識別智能家居控制系統有效的實現了對家用電器有效的控制，從一定程度上提高了我們的生活水平。用戶還可以去設置控制語音的內容，實現了快速、準確的控制，實現了本次設計的實用性。通過本次的設計，讓讀者知道語音識別智能家居控制的一些簡單原理，增強了讀者的視野。本文也對這一系統做出來簡單的介紹，讓讀者更加了解電子科學與技術，也讓更多“智能化”的產品進入我們的生活，豐富我們的生活世界。

圖2 5路繼電器原理圖

* [1]劉榮輝，基于智能家居控制的嵌入式語音識別系統研究[D],廣東工業大學,2013

* [2]任雨竹,語音教具的設計[J],科學時代,2014,10

* [3]黃仿元,利用語音識別技術實現的室內照明電路控制系統[J],電子制作,2013,14

* [4]張震,嵌入式技術在智能家居系統中的應用[R],2008