基于HLK-V20模塊的LED智能語音燈設計

楊銀住 郭春鳳 王鳳超 鄧雪蓮 李威 李永沖 李科

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2101-5640-3224

摘? 要：具有高識別性、便捷和節能環保等特點的智能語音燈已經成為智能家居中的重要設備，本文基于HLK-V20模塊設計了LED智能語音燈，具有功能多、成本低的優點。以HLK-V20離線語音識別模塊為控制中心，設計控制指令，設計了智能語音燈的開關、亮度調節、定時開關等功能，實驗實現了設計全部設計功能。

關鍵詞：LED? 智能語音燈? HLK-V20模塊? 智能化。

中圖分類號：TP311? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）03（c）-0001-3

Design of LED Intelligent Voice Lamp Based on HLK-V20 Module

YANG Yinzhu? GUO Chunfeng? WANG Fengchao? DENG Xuelian? LI Wei

LI Yongchong? LI Ke

（College of Science， Shanghai Institute of Technology，Fengxian District， Shanghai， 201418 China）

Abstract： Intelligent voice lamp with high recognition， convenience and energy-saving and environmental protection has become an important device in smart home. This paper designs LED intelligent voice lamp based on HLK-V20 module. Taking Hlk-v20 off-line speech recognition module as the Control Center and designing control instructions， the functions of intelligent voice lamp such as switch， brightness adjustment and timing switch are designed. Led intelligent voice lamp based on HLK-V20 module has the advantages of multi-function and low cost.

Key Words： LED; Intelligent voice lamp; HLK-V20 module; Intellectualization

20世紀60年代初，英國人Denes等人成功研究出了第一個計算機語音識別系統后，語音識別開始出現在人們視野中，由于資源和條件的限制，直到90年代語音識別技術的興起，國內才出現研究領域的熱潮。隨著智能家居的不斷發展，家居的每個系列都衍生出許許多多的行業，然而LED智能語音燈尚未得到充分開發。一方面由于LED的出現較晚，智能化這一概念對于它來說相對滯后;另一方面是由于國內的語音智能識別技術發展緩慢，不能在許多行業上推廣。到2016年，語音識別與LED結合使智能語音燈正式步入發展。

LED智能語音燈的傳輸方式從手機藍牙控制、無線連接傳輸到APP控制，語音模塊的選用大部分是LD3320模塊。相比于LD3320模塊，HLK-V20模塊有很多的優勢，在控制方面它可以不依賴于單片機在模塊內部完成控制過程;在使用場合有高識別率，多指令輸入的優點;在成本方面選用LD3320語音識別模塊的成本價格在40-60元，而選用HLK-V20模塊的成本價格在8-15元，相比之下選用HLK-V20模塊設計LED智能語音燈在成本上要少很多;在非特定語音指令輸入方面，LD3320模塊可支持50條語音指令，而HLK-V20模塊輸入的語音指令可達150條，語音指令的增加將決定智能語音燈有更多的場合適用。在LED智能語音燈這個領域，如果想讓智能語音燈更加普及，選用HLK-V20模塊來設計在目前來看這是一個很好的選擇，所具有的優勢讓足以它在一些合適的場合可以廣泛的應用。

1? HLK-V20語音識別模塊

對于離線語音識別智能燈而言，最核心的部分就是語音識別模塊，要具有低成本，高識別的優勢[1]。HLK-V20是海凌科電子針對大量純離線控制場景和產品最新推出的高性能純離線語音識別模塊，可廣泛且快速的應用于智能家居、各類智能小家電、玩具、燈具、工業、醫療、 物聯網、汽車、安防與照明等需要語音操控的產品。模塊采用采用32bit RSIC架構內核，并加入了專門對信號處理和語音識別所需要的DSP指令，同時支持浮點運算的FPU運算單元，以及FFT加速器，提高了對語音識別的速度與準確率[2]。

HLK-V20模塊由麥克風，揚聲器，以及最重要的集成電路模塊構成。外界聲音傳過來，麥克風接收語音信號后，將語音信號傳給集成板，集成板里面有輸入的固定指令。當外界信號傳入到麥克風，語音模塊識別語音指令后通過串口輸出協議數據，MCU端串口接收語音模塊串口數據后進行處理。HLK-V20模塊具有的功能如圖1 HLK-V20模塊系統功能框圖：

2? LED智能語音燈設計方案

2.1 LED智能語音燈語音指令對應的設計：

本次基于HLK-V20模塊設計的LED智能語音燈，設計的LED智能燈需要實現人聲控制燈的開關，同時也改變燈的亮度，改變燈的顏色[3]。確定好燈的功能之后，進行對HLK-V20模塊的功能進行開發設計，用語音指令“請開燈 請關燈”來控制燈的亮與滅， “增加亮度”和“減少亮度”來改變的亮度， LED燈有三種顏色，分別為“白燈＼暖白＼紅燈”。HLK-V20模塊內置了RC 12MHz時鐘源和PLL鎖相環時鐘源，這一個功能的加入，在家具燈照明上可以與鬧鐘結合使用，在晚上睡覺的時候，使用語音指令“定時八小時后開燈”，在第二天鬧鐘響的時候，燈會打開，催促人們起床。該智能語音燈的定時關閉功能通過定時關燈不僅方便了那些依賴燈光入睡的人群 ，同時也節約了用電量[4]。對于這些功能在LK-V20模塊所對應的串口協議預備設如表1 LED智能語音燈語音指令設計：

2.2 HLK-V20 模塊在LED智能語音燈中的連接

整個控制過程由硬件控制完成，一定程度上擺脫了軟件的限制，只有在寫入語音指令時需要軟件的加持。LED智能語音燈的設計由HLK-V20模塊，麥克風，喇叭，LED燈構成。在設計智能LED燈時，需要設計好它所具有的功能，需要設計指令來實現[5]。

LED智能語音燈將HLK-V20模塊作為核心，在HLK-V20模塊中寫入指令程序，構成特定的語音指令。同時外部連接開關，麥克風，揚聲器，LED燈，將LED燈連接到B6腳上，將開關接到B2引腳，麥克風接到MIC接口，揚聲器接到SPK接口，LED具有調節不同亮度的控制線接到B7引腳，LED燈板的PWM端口連接到HLK-V20模塊的PWM接口，實現對燈的顏色調節，USB接口輸入電源完成整個電路的連接，同時外部要連接驅動電源來實現穩壓作用[5]。

2.3 LED燈板的設計

LED燈板分別由白光、暖白色、紅色各三個功率為2.5W的燈珠組成，因為LED不能直接接220v，所以需要外接一個驅動電源，型號為：LYFGL-（8-24）*3w，輸入AC165-260V，輸出DC：24-88V。燈板上有I/O接口，將其接到HLK-V20模塊的對應引腳，LED燈板的PWM端口對應接到語音識別模塊的，通過PWM調光改變燈的亮度[3]。

2.4 LED智能語音燈的效果

將LED的開關接到B2引腳，將燈的亮度檔連接到B7引腳，燈顏色檔連接到A27引腳上，同時將麥克風接到MIC接口，因為需要語音交互，所以在SPK引腳上接了喇叭，實現了人機交互的功能。整個過程控制原理如圖2 控制原理圖：

在通電情況下，首先使用喚醒語音指令“小科、小科”，當LED智能語音燈收到相應的指令時會回復“我在”的交互語音，之后可以用“打開燈光、關閉燈光、增加亮度、減少亮度、白色燈光、暖白燈光、紅色燈光”的語音指令來控制，HLK-V20模塊會根據所接收的指令來觸發，實現對燈具的控制與調節[6]。

3? LED語音智能燈的發展前景

未來的社會發展將更傾向于環保，節能，便捷的優勢，智能化的設計更能充分將這些舉措落到實處。光污染的問題也比較嚴重，然而，大部分的景觀都利用燈光的裝飾，因此在智能化與人性化設計這一方面上就顯得更加重要[7]。在適當的場合根據需求來改變光的亮度與顏色，并不需要依托其他程序的支持，在這個設計上，基于HLK-V20模塊設計的LED智能語音燈將會在未來的發展與應用中起到舉足輕重的作用，小眾化的產品以及特定的場合都將會采用以這個設計來開發智能燈具。

隨著物聯網的不斷發展與升級，傳統的離線識別模塊也得到發展與創新，但是，HLK-V20模塊在目前的LED智能語音燈中的應用較少。隨著5G時代的到來，基于APP的LED智能語音識別燈將會飛速發展，為用戶提供更便利，更智能化，更人性化的產品體驗。在未來也可能會有許許多多其他智能燈的出現，但是從過去幾年的發展與當今狀況來看，HLK-V20模塊仍然有著難以替代性的地方，相信在未來也會有不斷的更新迭代。此外，LED智能語音燈在向更環保、更智能、更簡單、更高效化的方向發展。

4? 結語

本文通過對常用語音識別模塊的功能對比分析，選出低成本、高識別的HLK-V20語音識別模塊，基于HLK-V20模塊設計了LED智能語音識別燈，先設定語音指令，通過程序將指令寫入HLK-V20模塊，設置好語音指令在HLK-V20模塊輸出的引腳，將LED燈板在對應引腳連接，當麥克風接收到外界的語音之后，HLK-V20語音識別模塊將輸出指令，LED燈板將會做出指令下的變化。基于HLK-V20模塊的LED智能語音燈的設計成本適中，可以完成實際應用中的大部分場合的需求，在LED智能語音燈未來發展有著的廣闊的應用前景。

參考文獻：

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[2] 佚名 深圳市海凌科電子有限公司 HLK-V20規格書 2020-8-7

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[4] 侯景堯，張洛嘉，周正.變電站“綠色照明”設計研究[J].科技創新導報，2020，17（20）：43-45.

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