基于單片機的智能音樂播放器設計

陳 卓 嚴飛杰 王穎 大連理工大學城市學院

1 前言

隨著科技的進步與社會的發展，人們接觸到的電子產品越來越多，家中的電器也日益繁雜，不同的電器使用方法不同，操作起來十分的繁瑣。怎樣才能讓人們簡單，高效且舒適的操控一切，是我們在思考的問題。而音箱作為一款語音設備，也許是人與互聯網最好的橋梁，最好讓人與音箱溝通，使音箱去完成那些復雜的操作。

2 系統設計

傳統的音箱只能播放音樂，功能較為單一。本產品在原有音箱功能的基礎上，加入了語音識別，語音播報，WIFI聯網，藍牙音樂等功能，使用者可以通過講話將指令發送給音箱，音箱可以通過物聯網完成播放音樂，打開臺燈，關閉窗簾等功能，藍牙音樂模塊支持手機連接音箱播放音樂，語音播報模塊可增加設備與人的溝通，方便了人們的日常生活，改善了音箱的使用體驗。

使用者通過說話講指令發送給音箱，音箱會對語句進行語義分析，并與起初設定好的存儲單元存儲的命令進行匹配，匹配成功后會聯網執行相應的動作，并給予用戶一個語音的反饋。

圖1 智能音箱的系統工作框圖

3 硬件設計

3.1 語音識別部分

語音識別部分采用YS-V0.7語音識別模塊，內置LD3320語音處理芯片，搭配高精度麥克風陣列，可以高效的處理語音信息。支持語音指令喚醒，可自定義設置喚醒詞。LD3320芯片在處理后將結果通過串口發送給STC89C51處理器。STC89C51收到信號后進行判斷與處理，從而控制智能家居與其他相應的操作。

3.2 語音播報部分

JQ-8400語音模塊用于音箱發出聲音通知，此模塊集成了一個16位的MCU，以及一個專門針對音頻解碼的ADSP，采用硬解碼的方式，其內置4M內存，可用于存儲不同的報警信號，支持指定音頻信號播放和深度睡眠等功能，由單片機通過串口進行控制。使用前需將指定的播放曲目以00001、00002……為命名，以MP3為格式后綴存放在模塊的4M內存中，單電機通過串口或使用單線傳輸協議輸出播放指定曲目的指令，語音模塊完成相應曲目的播放。

3.3 藍牙音樂部分

藍牙音樂采用M18藍牙音頻芯片來獲取來自手機的藍牙音頻信號，用一塊GFB微型集成功放板將信號放大，最后通過雙麥克風進行左右聲道輸出。藍牙模塊能在手機靠近時自動完成配對與連接。高效的連接方式在帶來方便的同時也能保證較好的音質。

3.4 WiFi連接部分

本產品WIFI部分利用到了ESP8266芯片，通過接入“點燈科技”物聯網平臺+“Arduino”編寫程序和調用接口。

表1 接口函數調用表

單片機通過串口給ESP8266模塊發送信息使其調用相應的接口函數，ESP8266通過互聯網獲取相應的信息后再通過串口反饋給單片機。

4 軟件設計部分

設備的程序使用keil 5與Arduino IDE進行編寫。

在正式啟動工作之前，軟件需進行初始化，對相應的IO口的電平值進行設定，設定計時器與中斷，完成后進行循環等待。若有語音信號產生，語音模塊會通過串口使單片機產生中斷，單片機會根據語義分析的結果判斷并使用語音播報的方式給予相應的回復。

ESP8266在通過Arduino IDE刷入固件后，上電會自動搜索WiFi并進行連接。單片機進行語義分析后若判斷用戶有聯網查詢天氣等需求，則該模塊會調用相應的函數接口，并將結果通過串口反饋給單片機。

5 實物測試結果

本次實驗主要測試了產品的“語音喚醒”、“天氣查詢”、“時間查詢”、“藍牙語音播放”這四項功能，測試數據如表2所示。

表2 實物測試結果

經測試，各模塊工作性能良好，能很好地滿足設計需求。

6 結束語

經過這一整套系統的工作，可以極大的方便人們的室內生活，其語音識別等功能解放了人們的雙手。此產品還可以接入各種物聯網設備，以智能音箱為入口，打造一套完整的家庭物聯網體系，有較大的市場發展空間。