基于1T8051單片機的語音識別智能家具控制系統

趙凱文 李存瑞 李明澤 王鈞

摘? 要：隨著科技的發展，現代的生活開始擺脫傳統家居的控制方式，比如使用語音識別技術來控制一些家電，給生活帶來便利的同時增加了生活體驗樂趣。這個智能系統是一種基于單片機的智能語音控制電燈的系統。具有語音調節電燈開關、亮度以及工作模式的功能。采用STC12C5A60S2系列1T8051單片機作為處理核心，利用LD3320語音識別芯片進行識別語音的操作，并使用HC-05藍牙模塊實現無線傳輸，進而進行遠程控制智能家居的操作。實驗結果表明：1T8051單片機性能穩定，開發空間大，LD3320芯片的識別率高，容易開發，此語音識別方案具有較高的實用價值和生活體驗樂趣。

關鍵詞：語音識別;智能家居;1T8051單片機;LD3320芯片

中圖分類號：TP273.5? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）01-0033-05

Speech Recognition Intelligent Furniture Control System Based on

1T8051 Single Chip Microcomputer

ZHAO Kaiwen，LI Cunrui，LI Mingze，WANG Jun

（College of Information Science and Technology，Gansu Agricultural University，Lanzhou? 730070，China）

Abstract：With the development of science and technology，modern life starts to get rid of the control mode of traditional household，such as using voice recognition technology to control some household appliances，which brings convenience to life while increasing the joy of life experience. This intelligent system is a kind of intelligent speech control light system based on single chip microcomputer. It has the function of voice adjusting light switch，brightness and working mode. STC12C5A60S2 series 1T8051 microcontroller is adopted as the processing core，and LD3320 speech recognition chip is used to recognize human voice，and HC-05 bluetooth module is used to realize wireless transmission，then the remote control of smart home operation is carried out. The experimental results show that 1T8051 MCU has stable performance，large development space，high recognition rate of LD3320 chip，and is easy to develop. This speech recognition scheme has high practical value and life experience fun.

Keywords：speech recognition;smart home;1T8051 single chip microcomputer;LD3320 chip

0? 引? 言

隨著科技的發展，語音交互跟我們生活的聯系越來越密切，例如Win10系統中的小娜，蘋果手機中的Siri，微軟的小冰等都是我們所熟悉的語音交互功能，我們甚至每天都在使用語音交互。小米、阿里、Google等公司的智能音響也給智能家庭的建設帶來了趣味體驗。由此可推想，將語音識別技術運用到智能家居中，利用其遠程控制家居電器設備，我們的生活將更加便利，語音識別技術將會在未來生活中發揮更為重要的作用。本文基于單片機設計的語音識別遠程控制電燈的系統是對語音識別技術應用的探索，以期為人們的生活提供更多的便利。

1? 系統整體介紹

系統主機采用STC12C5A60S2系列1T8051單片機和LD3320語音識別芯片進行識別語音和語音指令解讀，再由藍牙傳輸系統發送指令數據到從機，從機中的單片機便可以控制智能家居系統的工作。本文設計使用LED燈來模擬生活中的電燈，這樣就組成了家電語音控制系統，來模擬開燈關燈，控制燈的工作模式。

系統整體的設計框圖如圖1所示。

2? 硬件電路

整體硬件電路系統，有以下兩個部分：由迷你MIC頭、語音識別模塊LD3320、STC12C5A60S2系列1T8051單片機、藍牙發送模塊、供電電路模塊組成的主機;由1T8051單片機、藍牙接收模塊、LED燈、供電電路模塊組成的從機。整體電路系統設計如圖2所示。

2.1? 單片機模塊

STC12C5A60S2系列的1T8051單片機是一個很適合該系統的微處理器，它除了4組8位并行端口外還加了4個I/O端口，總共有36個I/O端口，同時，其還具有1280字節的SRAM和最大32K字節的Flash程序存儲器，最大工作頻率可達到24MHz，這些特性便于系統開發，并且可以使系統保持良好的工作狀態。STC12C5A60S2系列1T8051單片機最小工作系統電路如圖3所示。

該1T8051單片機同時存在于系統的主機和從機，在主機中主要是對主機的整個系統進行控制，并將語音識別后得到的信息傳送至藍牙發送模塊;在喚醒系統和輸入操作指令后系統有回應時控制指示燈做出反應，便于我們觀察。在從機中是利用藍牙接收的指令信息對LED燈進行控制。

2.2? 語音識別模塊

語音識別模塊包括LD3320語音識別芯片、迷你MIC頭和供電電路模塊。其中LD3320語音識別芯片在語音識別和可操作方面有很大的優勢，它的優點是完全不用外接FLASH和RAM等外部存儲器就可以進行高精度的語音識別，也就是說只用LD3320芯片便可以進行高質量的語音識別工作。而且LD3320語音識別芯片集成了高精度的A/D和D/A轉換，可以直接由1T8051單片機控制。

LD3320語音識別芯片不用外接存儲器，使用的時根據需求自定義關鍵詞并將關鍵詞用字符串的形式寫入芯片即可，進行設計和操作都非常方便。例如該系統預設了一個一級語音指令“小白”，二級語音指令“開燈”、“關燈”、“變暗”、“變亮”、“閃爍”。一級語音指令是為了喚醒系統，讓系統進一步接收二級語音指令。系統如果沒有一級語音指令，使用時容易誤解用戶的話語，達不到用戶預期效果。輸入一級語音指令后，主機中的指示燈會閃爍，提示我們系統喚醒成功，然后輸入二級指令對從機中LED燈進行控制。當然，上述這些指令都是可以在程序中進行更改，以達到自己需求，增強體驗樂趣。

LD3320語音識別芯片的高集成度極大地方便了我們對語音的處理。我們需要做的只是：確定需要的寄存器地址，編寫程序，然后進行測試，最后單片機就可以完成對家電的控制。圖4是LD3320語音識別模塊的電路圖。

2.3? 藍牙發送與接收模塊

硬件電路系統采用HC-05藍牙模塊進行點對點的遠程數據傳輸，實現“操作指令”的遠程發送和接收。該模塊硬件層支持藍牙V2.0+EDR，而且內置PCB射頻天線，不需要再外設天線;軟件層支持SPI編程接口。該藍牙芯片體積小、功耗低、成本低、數據傳輸穩定可靠。

硬件電路系統中主機和從機上各有一個HC-05藍牙傳輸芯片，在系統通電后，兩個藍牙模塊會按照程序自動進行配對，建立點對點的連接。主機中的芯片將單片機提取的語音指令發送出去，從機中的芯片接收該指令，并傳遞給從機中的單片機，進而由從機中的單片機對LED燈進行控制。圖5是HC-05藍牙模塊的電路圖。

3? 軟件設計

3.1? 主機中軟件設計

基于1T8051單片機的語音識別智能家具控制系統主程序使用C語言進行編寫，采用了模塊化的設計，這樣便于以后添加更多的操作方式和家電，整個程序體系非常簡潔。該系統整個程序運行過程如下：開始首先初始化單片機、語音識別模塊、藍牙模塊，從而使整個系統處于待機狀態，MIC和LD3320語音識別芯片處于待命狀態，LD3320語音識別芯片對MIC聽到的聲音進行解析，判斷其是否是系統預設的一級語音指令，之后LD3320語音識別芯片將識別結果傳輸給1T8051單片機，1T8051單片機控制指示燈閃爍，LD3320語音識別芯片進而判斷是否有二級指令，如果有，再將識別結果傳輸給1T8051單片機，1T8051單片機將信息傳輸給藍牙發送模塊，進而發送到從機，從機控制LED燈的工作狀態。LD3320語音識別芯片和1T8051單片機配合使用的流程如圖6所示，軟件程序執行的流程如圖7所示。

3.2? 從機中軟件設計

圖8是從機中軟件程序的流程圖。

由于基于1T8051單片機的語音識別智能家具控制系統從機只有單片機、藍牙模塊、電源模塊和要被控制的電器，因此程序變得非常簡單。1T8051單片機自帶PWM功能（脈沖寬度調制），可以產生控制LED燈亮度和閃爍模式的電壓波形，通過控制脈沖頻率和占空比就能控制LED燈的工作。在程序里面我們需要先對單片機的串口、定時器和PWM進行初始化，然后接收從機的藍牙模塊傳輸的指令數據，進入中斷然后讀取指令，這時候的LED燈模塊也處于初始化狀態，然后就可以用1T8051單片機控制LED燈的開關、亮暗和閃爍等。

3.3? 藍牙傳輸模塊的軟件設計

基于51單片機的語音識別智能家具控制系統采用HC- 05藍牙模塊進行遠程無線數據傳輸，軟件程序主要是初始化、驗證連接密碼、建立連接、進行數據傳輸，由于該模塊的集成度比較高，因此我們程序設計的過程較快。圖9是藍牙傳輸模塊的軟件程序流程圖。

4? 系統測試

基于1T8051單片機的語音識別智能家具控制系統的硬件設計并組裝好后，將程序下載到1T8051單片機中。然后分別在沒有噪音的環境和有一定噪音的環境中進行測試。每個環境都有五個人，每人分別進行40次“開燈”、“關燈”命令測試。測試結果為：整個系統對5種不同的聲音都可以識別并作出回應，在無噪音的環境中識別率在93%以上;在有噪音的環境中識別率會有所下降，在82%以上。多次測試的結果表明：本系統性能穩定，識別率高，可以在一般家庭中正常使用。

5? 結? 論

語音識別智能家居控制系統體現了家居的智能性和便捷性，可以很好地把語音識別技術和無線傳輸技術運用到家電當中，利用語音來控制燈的開關、亮暗等。但其也存在一些小問題：在離MIC特別近的位置（大約30cm內）大聲喊會出現識別率大幅下降的情況;無法識別方言，只能識別普通話。

未來，這個系統同樣可以運用到其他家電當中，比如電熱水壺的開關、保溫，電風扇的開關、風力、模式、空調的開關、甚至溫度的調節，電視的開關等等都可以利用此系統進行控制，語音識別智能家居控制系統的進一步推廣和應用，可以極大地方便用戶的生活，增加用戶生活樂趣。

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