文江蘇省錫東高級中學(xué)高一（3）班諸裴語涵

地圖“會唱歌”
——基于Arduino 開發(fā)板的語音交互和民歌播放的地圖板

文江蘇省錫東高級中學(xué)高一（3）班諸裴語涵

在學(xué)習(xí)地理和音樂的知識時，我的腦海里突然冒出一個想法：能不能制作這樣一塊地圖板，在說出其區(qū)域名稱后，該區(qū)域的LED燈立即閃爍，并播放該區(qū)域的代表民歌？在家人的支持下，我開始了有關(guān)語音交互和民歌播放地圖板的制作實踐。

一、構(gòu)思設(shè)計

語音芯片使用LD3320 Board，開發(fā)平臺使用入門級的雙核開源平臺Fireduino IDE，存儲器用Micro SD Card（TF-Card）模塊，再加上一個音頻輸出模塊和小喇叭。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1結(jié)構(gòu)圖

軟件流程的構(gòu)思如下：對著語音模塊說出一個省級地區(qū)的名稱，然后播放該地區(qū)的代表民歌，與此同時，地圖板上對應(yīng)的省份區(qū)域內(nèi)的LED燈開始閃爍。當(dāng)使用者說出“暫?！焙?，停止播放當(dāng)前歌曲并等待下次語音播放。

二、硬件設(shè)計

硬件設(shè)計中的主控板選擇了Fireduino控制板。這塊控制板擁有雙核Cortex-M3處理器，集成高質(zhì)量音頻Codec和Wi-Fi模組，具備良好的IOT擴展性能，能完美兼容Arduino IDE和Arduino標(biāo)準(zhǔn)接口，并支持FireBlock圖形化編程軟件。

一塊Fireduino控制板=2×Arduino UNO+Wi-Fi模塊+音頻模塊+RTC模塊+Flash模塊。

主芯片采用Rockchip雙核Cortex-M3主控芯片RKNanoD，它擁有超高的運行頻率，并且板載8M字節(jié)的大容量SPI Flash。

硬件設(shè)計中的語音識別部分采用LD3320 Board模塊。該模塊采用SPI通信方式，其芯片具有非特定人語音識別技術(shù)，不需要用戶進(jìn)行錄音訓(xùn)練，只需把識別的關(guān)鍵詞以字符串的形式傳送進(jìn)芯片，即可在下次識別中生效。

比如，用戶在51等MCU的編程中簡單地通過設(shè)置芯片的寄存器，把諸如“你好”的識別關(guān)鍵詞的內(nèi)容動態(tài)地傳入芯片，芯片就可以識別設(shè)定的關(guān)鍵詞語了。同時，可在用戶自由編輯的50條關(guān)鍵詞語中進(jìn)行識別，終端用戶可根據(jù)場景需要，隨時編輯和更新這50條關(guān)鍵詞語的內(nèi)容。

以上兩大模塊只需使用9根杜邦線連接，再將SPI控制線的3根線一一對應(yīng)接上，SS芯片選擇線接9號引腳，IRQ外部中斷引腳接2號引腳，WR串并口選擇線接地選擇SPI方式控制即可。

三、軟件程序

以江蘇省為例。對著語音模塊說出“江蘇”，此時開始播放歌曲《茉莉花》，播放過程中說出“暫停”，暫停當(dāng)前歌曲，再說出“繼續(xù)”，繼續(xù)播放歌曲，說出“停止”，終止播放當(dāng)前歌曲。終止播放歌曲后，說出其他省份才開始播放當(dāng)?shù)卮砀枨?/p>

1.偽指令

需要初始化的內(nèi)容包括：串口、TF卡功能、Audio功能、LD3320模塊。

添加識別語句：如“江蘇”等各省份的名字。

死循環(huán)處理：如果說出“程序開始”，那么跳出死循環(huán)，否則繼續(xù)等待。

2.主程序

判斷選擇（識別語句）→判斷省份→播放民歌并驅(qū)動閃爍顯示→若暫停，停止解碼→若繼續(xù)，恢復(fù)解碼→播放結(jié)束退出循環(huán)。

Fireduino關(guān)于Audio的例程中有針對查詢解碼的例程，且暫停、恢復(fù)、停止的解碼都有相關(guān)的函數(shù)，只需按照偽程序的思路編寫就可以完成。

四、調(diào)試過程

Fireduino控制板與電腦的USB連接,根據(jù)官方維基百科的提示來安裝驅(qū)動，上位機Arduino IDE選擇端口后下載Blink例程，可以看到板上的LED燈開始閃爍，說明程序下載正確。再插上TF卡和小喇叭，根據(jù)官方的播放音樂驅(qū)動進(jìn)行循環(huán)播放。

1.調(diào)試TF卡和小喇叭

先在TF卡中下載一個名為test.mp3的音頻文件，然后模仿官網(wǎng)例程操作。

void setup(){

Serial.begin(115200);

Serial.print(" arduino setup... ");

if(!SD.begin()){

Serial.println("sd init err ");

while(1);}

Audio.begin(AUDIO_SD);

if(Audio){

Audio.playFile("\test.MP3");}}

以上程序的說明為:

（1）初始化串口，以便后續(xù)打印調(diào)試信息。

（2）初始化TF卡，后續(xù)需從TF卡讀取音樂文件用于解碼。

（3）初始化Audio，并且采用AUDIO_SD方式。

（4）如果初始化Audio成功，播放MP3文件。

短暫調(diào)試過后，如果聽到聲音，說明TF卡和小喇叭已調(diào)試成功，然后開始調(diào)試LD3320芯片模塊。

2.使用Arduino UNO板對LD3320進(jìn)行開發(fā)

接好線后,下載語音模塊的官方例程，再接一個LED燈在8號腳上，編譯程序并下載好后，對著模塊說出“開燈”，LED燈點亮，說明例程沒有問題。說出“關(guān)燈”，LED燈熄滅。

在Arduino UNO調(diào)試成功后,再將LD3320與Fireduino連接并調(diào)試。

3.再次調(diào)試

在詳細(xì)檢查官方的驅(qū)動文件后，發(fā)現(xiàn)官方的Arduino驅(qū)動采用模擬SPI的方式進(jìn)行，且函數(shù)名字也相同，與Fireduino的SPI函數(shù)有沖突。為解決這個問題，將LD3320.h和LD3320.cpp的驅(qū)動文件中關(guān)于SPI部分的文件采用硬件SPI的方式后，才將程序燒錄進(jìn)去。之后多次調(diào)試還是沒有成功。

經(jīng)過反復(fù)實驗后發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ireduino是ARM內(nèi)核，且運算頻率高達(dá)200MHz，delay()函數(shù)過于短暫，LD3320對不上Fireduino的SPI握手協(xié)議。為解決這個問題，需增加驅(qū)動中需要延時的地方的時長，并反復(fù)調(diào)試直至成功。

至此，F(xiàn)ireduino的TF、Audio與LD3320全部調(diào)試成功。