基于Arduino的智能家居語音識別系統(tǒng)

周寶昌 謝智陽 梁景亮

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，科學技術(shù)面向新突破進入良好發(fā)展的時代。人們的生活水平不斷提高，在選擇家庭電器的時候，也開始慢慢趨向智能化的生活體驗。智能家居就是通智能化去控制家電，通過微電子技術(shù)，實現(xiàn)對家庭電器的智能控制，從而實現(xiàn)家居的自動化和信息化，不斷滿足人們的生活需求。本產(chǎn)品是以Arduino為中央控制器，配合一款LD3320的非特定語音識別模塊ASR M08-B和JQ8900-16P的語音播報模塊，實現(xiàn)對家庭燈光系統(tǒng)的語音控制，達到智能化。

關(guān)鍵詞：智能家居;語音識別系統(tǒng);Arduino;ASR M08-B;JQ8900-16P

中圖分類號：TN912.34 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）09-0037-02

1 項目簡介

本項目是基于Arduino中央控制器，通過語音識別模塊ASR M08-B采集并識別語音信息，語音模塊JQ8900-16P播放對應的反饋語句，實現(xiàn)家庭燈光的智能語音控制系統(tǒng)。為了讓讀者更好的了解本項目智能家居系統(tǒng)的組成及原理，設(shè)計了一個交互式的展示動畫，使讀者在了解基本組成和原理的同時，以便更好的了解和學習Arduino單片機相關(guān)知識及ASR M08-B語音識別模塊的相關(guān)知識。

2 系統(tǒng)設(shè)計原理

系統(tǒng)原理圖1所示語音識別模塊ASR M08-B采集并識別語音信息，再將對應語音的字符信號反饋至Arduino中控，中控系統(tǒng)通過識別和信息處理后發(fā)出對應的控制信號去控制室內(nèi)的燈光的開與關(guān)，同時輸出IO電平信號至JQ8900-16P語音模塊，控制語音識別模塊播放對應的反饋語句，實現(xiàn)交互式的家庭燈光智能語音控制系統(tǒng)。

3 基于Arduino的語音識別系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 Arduino單片機

Arduino是一款非常的便捷且容易上手開源的電子平臺，包含硬件和軟件。對Arduino的編程是通過Arduino編程語言和Arduino開發(fā)環(huán)境來實現(xiàn)。

3.2 ASR M08-B語音識別模塊

ASR M08-B語音識別模塊，能進行非特定語音識別，識別距離為3米，在本產(chǎn)品中模塊由Arduino的5V供電。模塊的語音識別率達到了85%-95%，模塊語音識別度遠高于對應市面上的其他模塊的識別度，ASR M08-B語音識別模塊采用了TTL串口通訊，且內(nèi)置了高清麥克風用于接收語音信號。

ASR M08-B語音識別模塊支持三大識別檢測模式，可按需要進行使用。

（1）循環(huán)檢測模式。持續(xù)檢測周圍語音信息，直到識別成功。

（2）口令檢測模式。通過兩個指令來控制一個動作，要求賦予的兩個指令需在八秒內(nèi)同時檢測。

（3）按鈕檢測模式。觸發(fā)按鈕，八秒內(nèi)讀出語音指令，模塊識別，超過八秒模塊識別不到，需重新觸發(fā)按鈕。

3.3 JQ8900-16P語音播報模塊

JQ8900-16P語音模塊，它可以儲存音頻信息，并通串口輸出音頻，模塊的板子上集成有一個十六位的MCU，所選用的是SOC方案，并且采用了一款專門解碼音頻的ADSP，采用的是硬解碼的方式，能夠更加高效地確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和音質(zhì)。模塊的尺寸非常小巧方便使用。

3.4 揚聲器

這是一個8Ω，0.5W，直徑為70.5mm的揚聲器，這種電子積木非常小巧方便，適用于單片機開發(fā)實驗使用。

在此系統(tǒng)中，通過JQ8900-16P語音識別模塊驅(qū)動播報系統(tǒng)反饋情況的語音，實現(xiàn)交互式的語音識別體驗。

3.5 實驗材料（表1）

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計流程分為三大部分，首先第一步是對ASR M08-B語音識別模塊進行燈光控制指令編輯，使其具有分別控制四個室內(nèi)燈光開與關(guān)的控制語句。第二步，設(shè)置JQ8900-16P的語音模塊，設(shè)置對應IO口的音頻。第三步，設(shè)計Arduino單片機中控程序，Arduino單片機接收由ASR M08-B語音識別模塊傳遞來的字符信號，識別信號通過IO口電頻控制對應燈光的亮滅，同時賦予JQ8900-16P對應音頻IO口低電平信號，播放系統(tǒng)執(zhí)行結(jié)果音頻信息。

4.2 程序設(shè)計

4.2.1 ASR-M08-B模塊設(shè)置

（1）對“ASR M08-B設(shè)置軟件 V3.2.exe”。

（2）在視口左上角選擇“串口號COM3”、選擇“打開串口”、并點選“十六進制顯示”。

（3）語音識別模塊通過USB轉(zhuǎn)串口模塊連接至電腦。接線方法如下：

語音模塊TXD --> USB模塊RXD

語音模塊RXD --> USB模塊TXD

語音模塊GND --> USB模塊GND

語音模塊3V3 --> USB模塊5V

（4）選擇模塊模式“A”（循環(huán)檢測模式）端，這里最好觸發(fā)一次上面的大按鈕（按一次即可，為了確保模塊工作在正確的模式）。

（5）接著編輯指令信息，選擇添加關(guān)鍵詞，例如：（00，kai deng，001，$）這里所設(shè)置的kai deng就是開燈關(guān)鍵語句的拼音。

單擊發(fā)送，就可以將你所需要識別的語句添加至ASR M08-B語音識別模塊。接著可以對模塊進行測試，對著模塊說“開燈”模塊會返回“0B”，表示正常。

依照此方法分別對整個系統(tǒng)的：客廳燈，陽臺燈，主臥室，洗手間燈，添加開關(guān)控制語句。

4.2.2 JQ8900-16P模塊設(shè)置

設(shè)置模塊連接USB更新所需要的音頻文件，文件名須為5位數(shù)字，該五位數(shù)既是該文件的曲目號。選曲播放指令（0 x b）靠此數(shù)字來識別。