楊鈺 黃攀 吉中原 湖南科技學(xué)院

引言：目前，大多數(shù)室內(nèi)燈光的開/關(guān)控制仍然是采用傳統(tǒng)的有線開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，這不僅增加了家裝成本，而且受開關(guān)安裝位置的限制，在夜晚或者光線較暗的地方，很難立刻找到開關(guān)位置，給使用者帶來不便。隨著人們生活水平的不斷提高，通過語音識別來控制的家居系統(tǒng)也越來越受到人們的青睞。

本文基于LD3320語音識別芯片，以STC89C52單片機(jī)為主控制器，設(shè)計(jì)了一款室內(nèi)燈光的語音控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對盞室內(nèi)（可擴(kuò)展）燈進(jìn)行選擇、開啟、亮度調(diào)節(jié)和關(guān)閉等功能。系統(tǒng)分為語音識別模塊和單片機(jī)主控模塊。語音識別模塊識別到指定的語音信號后，將結(jié)果輸出給單片機(jī)主控模塊，從而實(shí)現(xiàn)對燈泡的相應(yīng)操作。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

如圖1所示，系統(tǒng)主要由語音識別模塊、主控模塊和燈光電路組成。

圖1 燈光語音控制系統(tǒng)原理框圖

語音識別模塊由LD3320芯片、主控MCU和外圍電路組成，主要負(fù)責(zé)對接收到的語音信號進(jìn)行識別，并輸出識別結(jié)果。LD3320芯片是采用基于非特定人語音識別技術(shù)的語音識別/聲控芯片，它不需要外接任何的輔助Flash 和 RAM, 也無需用戶事先進(jìn)行訓(xùn)練和錄音, 就能可以實(shí)現(xiàn)語音識別功能。并且其關(guān)鍵詞列表可以根據(jù)用戶需求任意編輯。主控MCU選用STC11L08XE，為LD3320預(yù)設(shè)關(guān)鍵詞列表和處理語音識別結(jié)果，圖2為語音識別系統(tǒng)原理框圖。

圖2 語音識別模塊原理框圖

主控模塊由STC89C52單片機(jī)及其外圍電路（時(shí)鐘、復(fù)位電路等）構(gòu)成。主要負(fù)責(zé)根據(jù)語音識別結(jié)果輸出相應(yīng)控制信號，使燈光電路進(jìn)行相應(yīng)動作。

語音識別模塊與主控模塊之間通過串口進(jìn)行通信。

圖3 燈光電路

燈光電路包含3盞LED燈（分別標(biāo)識為客廳、臥室、廚房），本設(shè)計(jì)中采用LED與三極管的串聯(lián)電路來實(shí)現(xiàn)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，也可用繼電器代替三極管進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中，語音識別采用循環(huán)識別模式，程序采用兩級口令對3組燈光進(jìn)行控制。當(dāng)用戶喊出一級口令時(shí)，選中3盞燈中的一盞，本設(shè)計(jì)中采用了與燈泡對應(yīng)的一組指示燈以驗(yàn)證試驗(yàn)效果。當(dāng)用戶喊出二級口令時(shí)，選中的燈將進(jìn)行開燈、亮度調(diào)節(jié)和關(guān)燈操作。使用口令模式可以大大減少周圍環(huán)境噪聲所導(dǎo)致的模塊誤識別。關(guān)鍵詞列表如表1所示。

表1 語音識別關(guān)鍵詞列表

程序流程圖如圖4 所示。系統(tǒng)上電以后, 由語音識別模塊的MCU向LD3320 寫入關(guān)鍵詞識別列表, 然后LD3320開始循環(huán)識別語音信號。根據(jù)表1 中列出的關(guān)鍵詞, LD3320 首先將采集到的語音信號與一級口令進(jìn)行匹配, 匹配通過后開始定時(shí), 同時(shí)繼續(xù)采集語音信號， 在規(guī)定時(shí)間內(nèi)采集到二級口令后, 則將其繼續(xù)與關(guān)鍵詞列表中的口令進(jìn)行匹配, 如匹配結(jié)果符合,則將識別結(jié)果傳輸給主控模塊單片機(jī), 主控模塊單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)指令后將相應(yīng)控制信號，對燈泡進(jìn)行相應(yīng)操作。如不匹配則放棄當(dāng)前采集結(jié)果, 重新采集觸發(fā)口令。

圖4 系統(tǒng)程序流程圖

3 系統(tǒng)測試

根據(jù)上述設(shè)計(jì)原理制作的電路實(shí)物如圖5所示（系統(tǒng)上電指示燈亮）。

圖5 系統(tǒng)實(shí)物圖

圖6 一級口令選擇燈泡實(shí)測圖

圖6～圖8為在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下, 對1盞燈進(jìn)行開/關(guān)操作的實(shí)測圖，圖6為語音輸入一級口令“客廳燈”，1秒后，客廳燈指示燈點(diǎn)亮，表明輸入一級口令后，相應(yīng)燈泡被選中。圖7為語音輸入一級口令“客廳燈”后，5秒內(nèi)，繼續(xù)輸入二級口令“開燈”，客廳燈點(diǎn)亮，5秒后，客廳指示燈熄滅。圖8為客廳燈亮起時(shí)，語音輸入一級口令“客廳燈”后，5秒內(nèi)，繼續(xù)輸入二級口令“關(guān)燈”，客廳燈熄滅，5秒后，客廳指示燈熄滅。

圖7 “開燈”口令實(shí)測圖

圖8 “關(guān)燈”口令實(shí)測圖

圖9為在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下, 對廚房燈進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)的實(shí)測圖，將3盞燈都打開，初始時(shí)燈光亮度相同，當(dāng)語音輸入“廚房燈”，待指示燈亮起后5秒內(nèi)，語音輸入“亮度增加”，則廚房燈變亮，由圖9可以看出，廚房燈明顯比另外2盞燈亮。需要說明的是，本設(shè)計(jì)對燈光亮度僅設(shè)置了3個(gè)檔位，當(dāng)燈光亮度已達(dá)最亮?xí)r，重復(fù)上述操作，燈泡亮度無變化。

圖9 廚房燈亮度調(diào)節(jié)實(shí)測圖

為了更好的檢測語音識別效果, 測試中選擇3個(gè)不同音色的人，分別在室內(nèi)安靜環(huán)境，室內(nèi)嘈雜環(huán)境（噪聲水平符合國家室內(nèi)噪聲標(biāo)準(zhǔn)），室外環(huán)境3種不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行測驗(yàn), 每個(gè)情境測試50遍。測試結(jié)果表明：安靜的室內(nèi)環(huán)境種，口令的識別正確率最高，達(dá)到95%以上；室內(nèi)嘈雜環(huán)境和室外環(huán)境中，麥克風(fēng)與人的距離對識別結(jié)果的影響很大，口令的識別正確率從65%～90%不等。

4 結(jié)束語

本文采用以STC89C52單片機(jī)和LD3320語音識別模塊，設(shè)計(jì)了一款室內(nèi)燈光的語音控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對多盞LED燈進(jìn)行開啟、亮度調(diào)節(jié)和關(guān)閉等功能。該系統(tǒng)的功能還有很大的改進(jìn)空間，如加入無線通訊模塊，加大語音控制的距離；加入顯示模塊，加強(qiáng)用戶使用體驗(yàn)等，這將在今后的工作重點(diǎn)中進(jìn)行完善。