基于語音識別系統的電梯樓層選擇裝置

虞盛康，譚屹峰，陳耀君，種明賢

（東南大學成賢學院，江蘇南京，210000）

0 引言

在日常的生活中，人們離不開電梯這種便捷的交通工具，而要想使用電梯，就不得不需要接觸控制電梯的按鈕，這也為病毒的傳播提供了途徑，而且就算人們使用一次性物品阻隔與按鈕的直接接觸，那也是在消耗大量的資源。本文查閱相關的資料文獻后，希望設計出一種語音識別控制系統來代替傳統的按鈕控制系統 ，并能夠有效的減少病毒的傳播，而且也更加的便捷。該項目是通過語音控制系統接收人的聲音再發送給單片機進行控制，主要用于切斷病毒的傳播的一種途徑，為人們的出行安全做保障。

1 電梯簡介

在古代的時候，人們就能夠制造和使用一些升降工具來輔助人們搬運和運送貨物，而在以后的日子里，國內外的學者也在不斷地改進技術，讓這種升降工具更好的為人們服務。1889年，電氣工程技術的驅動，真正意義上實現了現代實用意義的電梯，并在不斷地進行著革新創造，不斷的將當時的最新技術與電梯相結合，創造出更加便捷的電梯。

作為現代生活中必不可少的一部分，電梯的后續發展也是需要好好考慮的，而電梯的后續發展離不開這幾個方面：綠色化、低能化、智能化。綠色化的核心概念是電梯發展的當前和未來的大趨勢，主要還是要生產出綠色、環保、污染少的高質量的原材料。低能耗不僅僅是降低消耗的能源，還要回收溢出的能量。智能化的發展就需要將電梯與現當代技術相結合，更加智能。

2 硬件設計部分

硬件部分的設計主要包括以下幾個模塊：電源模塊，語音識別模塊，顯示屏模塊和電機驅動模塊。除電源模塊的其他模塊都由單片機控制，根據語音識別模塊的設定，收集語音的喚醒詞和關鍵詞，然后輸出給單片機，根據單片機設定的模塊來開啟顯示屏模塊和電機驅動模塊，通過電機驅動模塊帶動電機旋轉，以模仿電梯的運行。硬件整體框架如圖1所示。

圖1 系統硬件框圖

2.1 電源模塊

電源模塊使用的是XL6009DC-DC升壓可調穩壓電源模塊，這是一款4A開關電流的高性能升壓模塊，且使用XL6009E1為核心芯片，成本降低，性能提升，其部分技術參數如表1所示。

表1 電源模塊技術參數表格

輸入范圍 3V～32V輸出范圍 5V～40V輸入電流 峰值4A，空載18mA轉換效率 ＜94%開關頻率 400KHz輸出波紋 50mV負載調整率 ±0.5%電壓調整率 ±0.5%工作溫度 -40℃～+85℃外形尺寸 43*21*14mm（長*寬*高）

2.2 語音識別模塊

語音識別模塊主要用的是LD3320語音識別模塊，主要的功能就是收集語音信息，由喚醒詞喚醒模塊工作，然后將收集到的信息傳輸給單片機，讓單片機進行內部處理，再傳輸給其他模塊。LD3320語音識別芯片采用ASR技術，可以脫離各種接觸，憑借聲音就可以 使人們對一些應用該模塊的器件的操作更加的簡單，快捷。

2.3 顯示屏模塊

顯示屏模塊主要是2.8寸TFT LCD顯示屏，主要進行的是顯示電梯的樓層數、開關門的狀態以及上下行的狀態，在語音模塊工作后，由單片機將接收到的信號處理后傳輸給顯示屏顯示。LCD顯示屏的驅動電壓是2.8V，供電電壓是3.2V。

2.4 電機驅動模塊

電機驅動模塊使用的是42步進電機及驅動控制器，42步進電機是將電脈沖信號轉換為角位移或線位移的開環控制器件，在沒有超載的情況下，電機的轉速、停止的位置取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，不會受到負載的影響，而且步進電機是周期性的誤差，沒有累積的誤差，就使得控制變量非常的簡便。

3 軟件設計部分

軟件部分的設計就是基于硬件部分的設計理念，而且比硬件部分的設計更加的清楚，主要還是要看軟件代碼的編寫，所有的模塊都是與單片機相連的，都是利用的單片機的處理信息的能力，利用程序的控制，節省了成本，也加大了代碼編寫的難度。軟件設計的流程圖如圖2所示。

圖2 軟件部分流程圖

開始通電后，先是全體初始化，然后語音識別模塊打開，準備接收語音信號，當有人說出喚醒詞時，語音識別模塊開始識別接下來的語音信息，直到識別出所設定的關鍵詞，語音識別系統才會將信號反饋給單片機。

顯示屏模塊也是由單片機所控制的，當開始通電的時候，顯示屏也是先初始化，然后顯示的是幾個區域的最初的狀態，且默認最初的時候是一樓。樓層顯示區域是六個橫向排列的方框，上下行顯示區域是兩個豎向排列的方框，當語音識別模塊識別到喚醒詞和關鍵詞之后，將信號發送給單片機，單片機根據所設定的程序將信號傳輸給顯示屏，然后顯示屏中的樓層顯示區域會顯示要去往的樓層，上下行顯示區域會根據當前所在樓層和要去往的樓層之間的上下關系，通過點亮豎向排列的兩個方框中的一個來表示上行還是下行。

電機驅動模塊也是由單片機控制的，單片機接收到語音識別模塊所發送的信息信號后，根據所設定的程序，判斷電機是應該順時針旋轉還是逆時針旋轉，以此來模仿電梯的上下行。通過電機驅動模塊，使電機能夠與單片機連接在一起。

4 總結

本文主要介紹的是基于語音識別系統的電梯樓層選擇裝置，相比于傳統的按鈕式的電梯，這一種的電梯樓層選擇裝置能夠讓人們可以零接觸的乘坐電梯，并且在疫情的大背景下，能夠有效的減少病毒的傳播途徑。目前，科大訊飛的無接觸語音交互式的電梯就曾在一些工廠安裝實踐過。所以我們的設計目的也是想用單片機來模擬還原語音電梯的功能。