智能語音控制收音機

教學背景

1920年11月2日，世界上第一座商業廣播電臺KDKA廣播電臺正式開播。隨后廣播事業不斷發展，逐步形成全球性的廣播網，調頻收音機也成為傳統電器中必不可少的一員。廣播電臺和收音機伴隨著無數人的成長，即使在互聯網高速發展的今天，收音機也發揮著它獨特的作用。如學生們用收音機收聽英語聽力資源和歌曲等，老年人常用收音機收聽一些新聞和戲曲等，車載收音機可以豐富駕駛員單調的行車旅途。傳統的調頻收音機需要人們手動選擇頻率波段才能收聽喜歡的電臺，費時費力，對駕駛員來說更是極為危險。故本節課讓學生在學習中了解廣播電臺的工作原理及身邊的廣播電臺頻率，并學會應用語音識別技術來控制電臺頻道的切換。

教學目標

1.學會利用3D One軟件設計智能語音控制收音機的外殼，并結合硬件合理設計安裝位，培養學生的動手能力和設計思維;

2.了解DFRduino UNO R3主控板、TEA5767收音機模塊、好好搭搭ASR-THREE離線語音識別模塊的工作原理;

3.學會通過編程實現語音控制切換收音機電臺頻道的效果，培養學生的創意思維、高階思維。

教學重點與難點

教學重點 根據需求設計收音機的外殼，同時根據開源硬件的尺寸實現各模塊及線材的精準安裝。

教學難點 了解好好搭搭ASR-THREE離線語音識別模塊、DFRduino UNO R3主控板、TEA5767收音機模塊的工作原理，通過編程實現語音控制切換收音機頻道的效果。

教學過程

一、創意構思，激發興趣

師：與機器進行語音交流，讓機器明白自己說什么，這是人們長期以來夢寐以求的事情。近年來語音識別技術不斷發展并逐漸成熟，目前人類已能實現和機器對話的夢想了。傳統的收音機需要手動選擇自己喜歡的電臺頻道，不是很方便，所以本節課老師帶領大家一起設計一款智能語音控制收音機，實現運用語音識別技術切換電臺頻道。

（設計的收音機不僅僅要能收聽到廣播電臺的節目，還要能讓學生在學習的過程中體會語音識別的過程，即特征提取、模式匹配和模型訓練，體驗人和機器對話的樂趣。）

二、初識硬件，暢想創意

（一）認識各類電子元件

教師分別介紹TEA5767收音機模塊、好好搭搭ASR-THREE離線語音識別模塊、OLED單色顯示屏、無源音箱小喇叭、Gravity： IO傳感器擴展板V7.1的功能及特點。

（二）線路連接

選擇一個ASR-THREE離線語音識別模塊，使用3P傳感線與擴展板上的數字接口3連接，分別連VCC（紅色）、GND（黑色）、S（白色）。

選擇一個TEA5767收音機，使用4根杜邦線連接擴展板上的IIC接口，分別連VCC（紅色）、GND（黑色）、SCL（綠色）、SDA（藍色）。

選擇一個OLED單色顯示屏，使用4P傳感線與擴展板上的IIC接口連接，分別連VCC（紅色）、GND（黑色）、SCL（綠色）、SDA（藍色）。

選擇三個點動按鍵模塊，使用3P傳感線分別連接到擴展板上的數字接口8、9、10。

鋰電池需要在安裝的時候連接開關，正極與擴展板PWR_IN接口的正極連接，負極與擴展板PWR_IN接口的負極連接。

具體連接示意圖如圖1。

（三）設計程序

1.程序編寫

師：在編寫程序之前，我們先來了解下好好搭搭ASR-THREE離線語音識別模塊的學習功能。

（1）喚醒詞

喚醒詞是指將產品從待機狀態切換到工作狀態的詞語，是用戶與語音互動產品的第一個接觸點，喚醒詞最多可設置5個。

（2）學習喚醒詞

首先用默認的喚醒詞喚醒語音助手，然后說出“學習喚醒詞”，語音助手會根據提示去學習喚醒詞。喚醒詞學習一共進行3次，學習過程中3次喚醒詞必須一致，最后會提示學習完成。

（3）命令詞

命令詞是指用戶對語音互動產品發出一定指令的詞語，以此與其進行溝通。

（4）學習命令詞

用喚醒詞（默認或已學習的）喚醒語音助手，然后說出“學習命令詞”，根據提示去學習命令詞。命令詞學習一共進行3次，學習過程中3次命令詞必須一致，最后會提示學習完成。學習結束后會自動生成一個ID，通過這個ID編寫程序來控制即可。

（5）刪除喚醒詞和命令詞

用喚醒詞（默認或已學習的）喚醒語音助手，然后說出“我要刪除”，根據提示來刪除喚醒詞和命令詞。

（6）了解好好搭搭ASR-THREE離線語音識別模塊ID對照表

好好搭搭ASR-THREE離線語音識別模塊已經為用戶設置了常用的喚醒詞和命令詞，其中ID53—ID69是專供用戶學習存儲新的喚醒詞或命令詞。

了解好好搭搭ASR-THREE離線語音識別模塊的學習功能后，根據需要讓其學習新的命令詞，并獲取新命令詞的ID進行記錄，獲取ID的程序如圖2。

獲取命令詞ID后就可以對智能語音控制收音機進行編程了，可以通過獲取變量ID號，然后根據不同的ID號設置不同的電臺頻率，并顯示在OLED屏上，如圖3。

2.程序調試

將編寫好的程序上傳到DFRduino UNO R3主控板上后進行測試，測試成功即可。

三、結構設計

設計收音機結構時，考慮到有的學生可能沒有見過老式的收音機，教師可建議學生在網上找一張老式的收音機圖片作為設計參考，結合現在的設計風格，創意設計智能語音控制收音機的外部造型。

學生利用3D One軟件，根據自己設計的尺寸進行智能語音控制收音機外形的建模，并注意留出定位孔（詳細制作步驟可掃碼觀看視頻）。教師巡視答疑，并及時給予指導。

四、作品裝配

將DFRduino UNO R3主控板和擴展板組合后放進盒子中，將DFRduino UNO R3主控板的USB接口和DC電源接口對準收音機外殼的開孔處，依次將喇叭、OLED顯示屏、電源開關、點動按鍵、鋰電池充電接口安裝到相應位置，并用熱熔膠槍加以固定。

安裝完成后將底蓋用螺絲固定好，打開電源開關就可以正常運行了。

教學反思

收音機曾是風靡全球的電子產品，但隨著科技的高速發展，它漸漸淡出了大眾的視線，只在某些特定人群中發揮著作用。而近年來人工智能技術非常火熱，特別是語音識別技術在日常生活中的應用更是常見。為了讓學生能詳細地了解廣播電臺與收音機，并學會綜合運用語音識別技術，本項目就此孕育而生。本項目的實施不僅可以讓學生了解廣播電臺的歷史，還能自己動手實踐，通過三維創意設計和編程來實現智能語音控制收音機的夢想。

沈志宏 上海外國語大學附屬浙江宏達南潯學校信息技術教師，浙江省湖州市技術能手，南潯區教學明星，3D打印造型師。個人著作《輕松玩轉3D? One 與3D 打印》《給3D One點顏色——輕松玩轉三維建模與3D打印》《青少年3D 打印課程——輕松玩轉123D Design》由人民郵電出版社出版并公開發行。