蔣紅梅　劉沛

【摘 要】針對傳統(tǒng)的開關(guān)按鍵和紅外遙控的家電控制方式的不足，本文設(shè)計了一種基于SYN7318的語音控制家居系統(tǒng)，該系統(tǒng)運用單片機，結(jié)合語音識別和藍(lán)牙無線傳輸模塊，通過語音來控制家用電器的開啟和關(guān)閉。該系統(tǒng)識別率高、功耗低、使用方便，從而使現(xiàn)代居家生活更加愜意舒心。

【關(guān)鍵詞】單片機；SYN7318；語音控制

中圖分類號： TP274.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）11-0110-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.11.046

【Abstract】To the deficiency of the traditional house appliances control methods for switch button and infrared remote control， the design of voice control house system based on SYN7318 is introduced. The system uses microcontroller， combined with speech recognition module and bluetooth wireless transmission module， The system controls the turn on and off of house appliances by voice. The system has high recognition rate， low power and？convenience， so that modern home life is more comfortable.

【Key words】Microcontroller； SYN7318； Speech control

0 引言

人類最直接有效的交流方式就是語言，可通過聲波表達(dá)彼此的想法、思想等。在電子工業(yè)高速發(fā)展的今天，人類與機器的信息交互已成為一種發(fā)展趨勢，各種場合的語音交互系統(tǒng)日益完善。目前，語音識別技術(shù)和智能家居相結(jié)合還處于探索階段[1]。本文選用STC公司的STC12C5A60S2系列單片機作為系統(tǒng)的核心控制，采用SYN7318作為語音識別芯片和arduino UNO作為無線藍(lán)牙傳輸芯片，通過語音控制指阿令控制家用電器的開關(guān)，本系統(tǒng)具有識別率高，成本低，使用方便、快捷特點。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 整體方案設(shè)計

系統(tǒng)主要由語音模塊、藍(lán)牙模塊和家電控制模塊組成，主要包含STC12C5A60S2單片機、語音模塊SYN7318、藍(lán)牙透傳模塊DX-BT05和arduino UNO。系統(tǒng)先通過識別喚醒指令如“大管家”激活語音識別模塊，進(jìn)入識別指令狀態(tài)，接著，主人發(fā)出控制指令被SYN7318識別后，并與本身的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，通過UART將識別的標(biāo)記和匹配的準(zhǔn)確度發(fā)送給單片機，單片機通過對語音模塊發(fā)來的指令進(jìn)行相應(yīng)的命令的控制，如打開臥室燈，最后，通過藍(lán)牙發(fā)送出去，同時在藍(lán)牙接收端，UNO獲取串口的指令來控制相應(yīng)的繼電器工作，完成一次語音交互和家電控制操作過程，然而系統(tǒng)不是一直處于識別語音狀態(tài)，則大大降低誤識率以及減少功耗。其系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖如圖1所示：

1.2 語音模塊

語音的識別和處理主要在語音模塊SYN7318內(nèi)部進(jìn)行，語音模塊由語音識別、合成控制模塊構(gòu)成。SYN7318能實現(xiàn)語音的識別算法和語音合成播放，單片機通過串口1與語音芯片進(jìn)行指令收發(fā)，藍(lán)牙模塊通過串口2與單片機進(jìn)行指令收發(fā)。語音的識別過程為：首先，單片機內(nèi)部初始化兩個串口，設(shè)置各自的波特率，開中斷。然后，等待SYN7318內(nèi)部建立詞典并加載完成，發(fā)送空閑查詢函數(shù)，當(dāng)語音模塊回復(fù)空閑時，單片機發(fā)送喚醒指令使語音模塊處于待喚醒狀態(tài)；當(dāng)匹配到喚醒詞以后，語音模塊發(fā)送喚醒完成標(biāo)志指令給單片機。最后，單片機發(fā)送語音識別指令給語音模塊，語音模塊完成語音識別并將識別到的結(jié)果回傳給單片機[2]。

1.3 家電控制模塊

系統(tǒng)采用Arduino UNO的主控MEGA328P來實現(xiàn)藍(lán)牙模塊和家用電器的繼電器連接。MEGA328P晶振為16MHz，其中，C3、RES1、R1構(gòu)成復(fù)位電路，單片機和語音模塊采用5V電壓供電，而藍(lán)牙模塊可采用Arduino UNO自帶的ASM1117-3.3輸出的3.3V電壓供電，藍(lán)牙模塊和單片機的通信部分雖都兼容5V，但為了確保數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性，需在藍(lán)牙RXT端串聯(lián)一個100 的電阻[3，4]。Arduino UNO通過控制I/O端口來控制繼電器進(jìn)而實現(xiàn)各種家電的開關(guān)控制。

2 軟件設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計

為了確保命令傳輸?shù)乃俣群蜏?zhǔn)確性，單片機和SYN7318模塊串口通訊速率設(shè)置為115200bps，單片機和藍(lán)牙模塊的傳輸速率設(shè)置為9600bps。用命令幀和回傳幀來實現(xiàn)單片機和SYN7318之間的信息傳輸，其發(fā)送命令幀格式如表1所示[5]。發(fā)送命令的幀頭為0xFD，用來表示一幀數(shù)據(jù)的開始。數(shù)據(jù)區(qū)長度占兩個字節(jié)，用來校驗數(shù)據(jù)區(qū)的長度。數(shù)據(jù)區(qū)前幾位表示具體的命令字節(jié)，與后面的待發(fā)送文本結(jié)合使用，用于發(fā)送各種命令，應(yīng)用到的有：0x01、0x10和0x51，0x01表示合成并播放命令字節(jié)后的文本內(nèi)容；0x10表示啟動語音識別功能。0x51表示開啟語音喚醒功能。

回傳幀是語音模塊回傳給單片機的反饋信息?；貍鲙母袷胶兔顜愃?，只是把開頭的0xFD更改為0xFC。數(shù)據(jù)區(qū)長度也是兩位，數(shù)據(jù)區(qū)也是由命令字節(jié)和文本字節(jié)組成。

2.2 語音模塊配置

本地詞庫需提前將所需要識別的詞匯存儲在語音模塊中，SYN7318的廠家提供了存儲詞匯的上位機，SYN7318語音交互模塊可便捷地設(shè)置關(guān)鍵字以及喚醒詞，并且能測試發(fā)送幀并接收反饋，以及設(shè)置幀噪聲識別上限和語音合成的人聲。將噪音識別等級設(shè)置為中等即1-5米范圍內(nèi)的正常人聲分貝，啟用內(nèi)部降噪垃圾詞條并將語音合成人聲設(shè)置為“曉玲”，語音識別等待時間設(shè)置為4s，即4s內(nèi)無語音超過音頻上限閾值則視為識別超時。

2.3 藍(lán)牙模塊配置

本文的藍(lán)牙模塊采用透傳模式。啟動時，需要配置AT指令，當(dāng)配對連接后進(jìn)入透傳模式，AT指令時效[6]。在上位機串口軟件中，發(fā)送AT+LADDR指令，分別獲取兩塊藍(lán)牙模塊的MAC地址并記錄下來。在程序初始化中，先設(shè)置發(fā)送AT用來檢測AT指令是否可用、設(shè)置波特率為9600bps和發(fā)射功率為0dB，同時，分別設(shè)置兩塊藍(lán)牙模塊為主模塊和從模塊。主模塊發(fā)送已獲取的從模塊的MAC地址進(jìn)而等待連接。當(dāng)主模塊連接從模塊時，主模塊向單片機發(fā)送已連接信息“Connected”，單片機檢測到信息以確保藍(lán)牙模塊已連接、藍(lán)牙模塊的初始化和連接工作完成，語音模塊會發(fā)送語音合成指令“藍(lán)牙已連接”，則藍(lán)牙傳輸成功。

3 結(jié)論

該設(shè)計主要利用單片機和語音模塊實現(xiàn)了智能家居語音的控制，本文詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計，該系統(tǒng)能實現(xiàn)語音控制家用電器的開關(guān)工作，并且控制中心與家用電器終端之間采用藍(lán)牙無線傳輸方式，避免有線傳輸?shù)谋锥?。該系統(tǒng)對非特定語音的識別率高、功耗低，極大方便了人們對家電的智能控制。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]陳呂洲.Arduino程序設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2013.124-142.

[4]譚浩強.C程序設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.286-290.

[5]北京龍邱智能科技有限公司.SYN7318語音交互開發(fā)手冊[Z].北京：北京龍邱智能科技有限公司，2016.

[6]匯承信息科技有限公司.HC-08藍(lán)牙4.0 BLE串口模塊用戶手冊[Z].廣州：匯承信息科技有限公司，2015.