基于Arduino的智能家居語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)

周寶昌 謝智陽(yáng) 梁景亮

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)面向新突破進(jìn)入良好發(fā)展的時(shí)代。人們的生活水平不斷提高，在選擇家庭電器的時(shí)候，也開(kāi)始慢慢趨向智能化的生活體驗(yàn)。智能家居就是通智能化去控制家電，通過(guò)微電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭電器的智能控制，從而實(shí)現(xiàn)家居的自動(dòng)化和信息化，不斷滿足人們的生活需求。本產(chǎn)品是以Arduino為中央控制器，配合一款LD3320的非特定語(yǔ)音識(shí)別模塊ASR M08-B和JQ8900-16P的語(yǔ)音播報(bào)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭燈光系統(tǒng)的語(yǔ)音控制，達(dá)到智能化。

關(guān)鍵詞：智能家居;語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng);Arduino;ASR M08-B;JQ8900-16P

中圖分類(lèi)號(hào)：TN912.34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）09-0037-02

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目是基于Arduino中央控制器，通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別模塊ASR M08-B采集并識(shí)別語(yǔ)音信息，語(yǔ)音模塊JQ8900-16P播放對(duì)應(yīng)的反饋語(yǔ)句，實(shí)現(xiàn)家庭燈光的智能語(yǔ)音控制系統(tǒng)。為了讓讀者更好的了解本項(xiàng)目智能家居系統(tǒng)的組成及原理，設(shè)計(jì)了一個(gè)交互式的展示動(dòng)畫(huà)，使讀者在了解基本組成和原理的同時(shí)，以便更好的了解和學(xué)習(xí)Arduino單片機(jī)相關(guān)知識(shí)及ASR M08-B語(yǔ)音識(shí)別模塊的相關(guān)知識(shí)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

系統(tǒng)原理圖1所示語(yǔ)音識(shí)別模塊ASR M08-B采集并識(shí)別語(yǔ)音信息，再將對(duì)應(yīng)語(yǔ)音的字符信號(hào)反饋至Arduino中控，中控系統(tǒng)通過(guò)識(shí)別和信息處理后發(fā)出對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)去控制室內(nèi)的燈光的開(kāi)與關(guān)，同時(shí)輸出IO電平信號(hào)至JQ8900-16P語(yǔ)音模塊，控制語(yǔ)音識(shí)別模塊播放對(duì)應(yīng)的反饋語(yǔ)句，實(shí)現(xiàn)交互式的家庭燈光智能語(yǔ)音控制系統(tǒng)。

3 基于Arduino的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 Arduino單片機(jī)

Arduino是一款非常的便捷且容易上手開(kāi)源的電子平臺(tái)，包含硬件和軟件。對(duì)Arduino的編程是通過(guò)Arduino編程語(yǔ)言和Arduino開(kāi)發(fā)環(huán)境來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.2 ASR M08-B語(yǔ)音識(shí)別模塊

ASR M08-B語(yǔ)音識(shí)別模塊，能進(jìn)行非特定語(yǔ)音識(shí)別，識(shí)別距離為3米，在本產(chǎn)品中模塊由Arduino的5V供電。模塊的語(yǔ)音識(shí)別率達(dá)到了85%-95%，模塊語(yǔ)音識(shí)別度遠(yuǎn)高于對(duì)應(yīng)市面上的其他模塊的識(shí)別度，ASR M08-B語(yǔ)音識(shí)別模塊采用了TTL串口通訊，且內(nèi)置了高清麥克風(fēng)用于接收語(yǔ)音信號(hào)。

ASR M08-B語(yǔ)音識(shí)別模塊支持三大識(shí)別檢測(cè)模式，可按需要進(jìn)行使用。

（1）循環(huán)檢測(cè)模式。持續(xù)檢測(cè)周?chē)Z(yǔ)音信息，直到識(shí)別成功。

（2）口令檢測(cè)模式。通過(guò)兩個(gè)指令來(lái)控制一個(gè)動(dòng)作，要求賦予的兩個(gè)指令需在八秒內(nèi)同時(shí)檢測(cè)。

（3）按鈕檢測(cè)模式。觸發(fā)按鈕，八秒內(nèi)讀出語(yǔ)音指令，模塊識(shí)別，超過(guò)八秒模塊識(shí)別不到，需重新觸發(fā)按鈕。

3.3 JQ8900-16P語(yǔ)音播報(bào)模塊

JQ8900-16P語(yǔ)音模塊，它可以儲(chǔ)存音頻信息，并通串口輸出音頻，模塊的板子上集成有一個(gè)十六位的MCU，所選用的是SOC方案，并且采用了一款專(zhuān)門(mén)解碼音頻的ADSP，采用的是硬解碼的方式，能夠更加高效地確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和音質(zhì)。模塊的尺寸非常小巧方便使用。

3.4 揚(yáng)聲器

這是一個(gè)8Ω，0.5W，直徑為70.5mm的揚(yáng)聲器，這種電子積木非常小巧方便，適用于單片機(jī)開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)使用。

在此系統(tǒng)中，通過(guò)JQ8900-16P語(yǔ)音識(shí)別模塊驅(qū)動(dòng)播報(bào)系統(tǒng)反饋情況的語(yǔ)音，實(shí)現(xiàn)交互式的語(yǔ)音識(shí)別體驗(yàn)。

3.5 實(shí)驗(yàn)材料（表1）

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)流程分為三大部分，首先第一步是對(duì)ASR M08-B語(yǔ)音識(shí)別模塊進(jìn)行燈光控制指令編輯，使其具有分別控制四個(gè)室內(nèi)燈光開(kāi)與關(guān)的控制語(yǔ)句。第二步，設(shè)置JQ8900-16P的語(yǔ)音模塊，設(shè)置對(duì)應(yīng)IO口的音頻。第三步，設(shè)計(jì)Arduino單片機(jī)中控程序，Arduino單片機(jī)接收由ASR M08-B語(yǔ)音識(shí)別模塊傳遞來(lái)的字符信號(hào)，識(shí)別信號(hào)通過(guò)IO口電頻控制對(duì)應(yīng)燈光的亮滅，同時(shí)賦予JQ8900-16P對(duì)應(yīng)音頻IO口低電平信號(hào)，播放系統(tǒng)執(zhí)行結(jié)果音頻信息。

4.2 程序設(shè)計(jì)

4.2.1 ASR-M08-B模塊設(shè)置

（1）對(duì)“ASR M08-B設(shè)置軟件 V3.2.exe”。

（2）在視口左上角選擇“串口號(hào)COM3”、選擇“打開(kāi)串口”、并點(diǎn)選“十六進(jìn)制顯示”。

（3）語(yǔ)音識(shí)別模塊通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口模塊連接至電腦。接線方法如下：

語(yǔ)音模塊TXD --> USB模塊RXD

語(yǔ)音模塊RXD --> USB模塊TXD

語(yǔ)音模塊GND --> USB模塊GND

語(yǔ)音模塊3V3 --> USB模塊5V

（4）選擇模塊模式“A”（循環(huán)檢測(cè)模式）端，這里最好觸發(fā)一次上面的大按鈕（按一次即可，為了確保模塊工作在正確的模式）。

（5）接著編輯指令信息，選擇添加關(guān)鍵詞，例如：（00，kai deng，001，$）這里所設(shè)置的kai deng就是開(kāi)燈關(guān)鍵語(yǔ)句的拼音。

單擊發(fā)送，就可以將你所需要識(shí)別的語(yǔ)句添加至ASR M08-B語(yǔ)音識(shí)別模塊。接著可以對(duì)模塊進(jìn)行測(cè)試，對(duì)著模塊說(shuō)“開(kāi)燈”模塊會(huì)返回“0B”，表示正常。

依照此方法分別對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的：客廳燈，陽(yáng)臺(tái)燈，主臥室，洗手間燈，添加開(kāi)關(guān)控制語(yǔ)句。

4.2.2 JQ8900-16P模塊設(shè)置

設(shè)置模塊連接USB更新所需要的音頻文件，文件名須為5位數(shù)字，該五位數(shù)既是該文件的曲目號(hào)。選曲播放指令（0 x b）靠此數(shù)字來(lái)識(shí)別。