基于Cortex-M3的無線語音智能相框的設計與實現(xiàn)

劉鈞火 趙威海 羅來俊

(江西理工大學，江西 南昌 330013)

0 引言

自從智能相框首次投放市場以來，至今已經(jīng)超過了6年多的時間。如今，智能相框市場正處于走向成熟期的階段。本設計以STM32F103處理器為核心，通過驅(qū)動程序和FAT文件操作系統(tǒng)讀取SD卡信息，并對其中的圖像信息進行解碼和恢復，最后由TFTLCD打印圖像。同時，WiFi模塊實現(xiàn)了PC或手機的無線控制；LD3320模塊實現(xiàn)了語音控制；光采集模塊用于檢測外部光強度，從而調(diào)節(jié)液晶屏背景亮度。

1 硬件系統(tǒng)設計

1.1 SD卡存儲模塊

SD卡是基于flash的存儲卡，支持中央處理單元的讀寫操作。SD卡的讀寫以扇區(qū)為基本單位。核心器通過9個引腳與SD卡連接。本設計利用STM32F1提供的SDIO接口與SD卡連線控制，采用4位數(shù)據(jù)總線，最大傳輸速率達到100Mbit/s。同時使用FatFs管理SD卡，實現(xiàn)對SD卡文件的讀寫操作。

FATFS是一種由C編寫的文件管理系統(tǒng)。操作者只需應用該系統(tǒng)中的相關(guān)函數(shù)，即可對磁盤中的文件進行一系列操作。

1.2 LD3320模塊

LD3320是一種基于非特定人語音識別技術(shù)的語音識別、聲控芯片。Mic檢測外界語音流，通過頻譜分析及特征提取，與關(guān)鍵詞列表進行對比匹配，最后輸出最接近的關(guān)鍵詞作為識別結(jié)果。特別地，關(guān)鍵字列表可以被動態(tài)地編輯，從而實現(xiàn)了高度的自由化。本設計采用STM32F103的SPI接口與LD3320模塊連接通信。

1.3 ESP8266模塊

ESP8266是一款超低功耗的UART-WiFi透傳模塊，該模塊支持STA、AP和STA+AP3種工作模式。本設計通過STM32F1提供的串口引腳與無線模塊連接通信，最大的傳輸速率可到達460800bps。

1.4 光采集模塊

該模塊由一個光敏傳感器配合ADC采集技術(shù)完成。在本設計中，將STM32F1提供的ADC通道引腳與光敏電阻的一端相連，以檢測由光敏電阻阻值變化引起的電壓變化，從而獲得環(huán)境光的變化。經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，核心器發(fā)送信號以調(diào)整LCD背景光的亮度。

光敏電阻是一個具有單向?qū)щ娞匦缘腜N結(jié)。其通過的電流大小隨入射光的強度而變化。ADC公式如下：

voltage=(ADCDR×825)?10。

(1)voltage為電壓值。

(2)ADCDR為檢測值。

2 軟件系統(tǒng)設計

圖1 系統(tǒng)流程圖

本設計以STM32F-103ZET6芯片為核心，通過SPI，USART和其他功能引腳與各硬件模塊連接。

通過接收ADC收集的光敏傳感器的電壓數(shù)據(jù)調(diào)整LCD屏幕的背景亮度；通過接收語音識別模塊檢測并處理的聲音數(shù)據(jù)，實現(xiàn)相關(guān)功能；通過接收無線模塊的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)手機或PC軟件的無線控制功能。

上述模塊之間的處理器資源分配是通過STM32F103-ZET6芯片提供的內(nèi)部定時器中斷操作來實現(xiàn)的，從而到達一種動態(tài)掃描的效果。

3 結(jié)束語

本設計以stm32f103zet6芯片為核心，結(jié)合光采集模塊、語音識別模塊、無線通信模塊、顯示模塊和SD卡存儲模塊，設計了一款集語音、無線控制等功能的智能相框。本設計在整個測試過程中是正常、穩(wěn)定的，所有功能均可實現(xiàn)并滿足設計要求。