陳 卓 嚴飛杰 王穎 大連理工大學城市學院

1 前言

隨著科技的進步與社會的發(fā)展，人們接觸到的電子產(chǎn)品越來越多，家中的電器也日益繁雜，不同的電器使用方法不同，操作起來十分的繁瑣。怎樣才能讓人們簡單，高效且舒適的操控一切，是我們在思考的問題。而音箱作為一款語音設備，也許是人與互聯(lián)網(wǎng)最好的橋梁，最好讓人與音箱溝通，使音箱去完成那些復雜的操作。

2 系統(tǒng)設計

傳統(tǒng)的音箱只能播放音樂，功能較為單一。本產(chǎn)品在原有音箱功能的基礎上，加入了語音識別，語音播報，WIFI聯(lián)網(wǎng)，藍牙音樂等功能，使用者可以通過講話將指令發(fā)送給音箱，音箱可以通過物聯(lián)網(wǎng)完成播放音樂，打開臺燈，關閉窗簾等功能，藍牙音樂模塊支持手機連接音箱播放音樂，語音播報模塊可增加設備與人的溝通，方便了人們的日常生活，改善了音箱的使用體驗。

使用者通過說話講指令發(fā)送給音箱，音箱會對語句進行語義分析，并與起初設定好的存儲單元存儲的命令進行匹配，匹配成功后會聯(lián)網(wǎng)執(zhí)行相應的動作，并給予用戶一個語音的反饋。

圖1 智能音箱的系統(tǒng)工作框圖

3 硬件設計

3.1 語音識別部分

語音識別部分采用YS-V0.7語音識別模塊，內(nèi)置LD3320語音處理芯片，搭配高精度麥克風陣列，可以高效的處理語音信息。支持語音指令喚醒，可自定義設置喚醒詞。LD3320芯片在處理后將結(jié)果通過串口發(fā)送給STC89C51處理器。STC89C51收到信號后進行判斷與處理，從而控制智能家居與其他相應的操作。

3.2 語音播報部分

JQ-8400語音模塊用于音箱發(fā)出聲音通知，此模塊集成了一個16位的MCU，以及一個專門針對音頻解碼的ADSP，采用硬解碼的方式，其內(nèi)置4M內(nèi)存，可用于存儲不同的報警信號，支持指定音頻信號播放和深度睡眠等功能，由單片機通過串口進行控制。使用前需將指定的播放曲目以00001、00002……為命名，以MP3為格式后綴存放在模塊的4M內(nèi)存中，單電機通過串口或使用單線傳輸協(xié)議輸出播放指定曲目的指令，語音模塊完成相應曲目的播放。

3.3 藍牙音樂部分

藍牙音樂采用M18藍牙音頻芯片來獲取來自手機的藍牙音頻信號，用一塊GFB微型集成功放板將信號放大，最后通過雙麥克風進行左右聲道輸出。藍牙模塊能在手機靠近時自動完成配對與連接。高效的連接方式在帶來方便的同時也能保證較好的音質(zhì)。

3.4 WiFi連接部分

本產(chǎn)品WIFI部分利用到了ESP8266芯片，通過接入“點燈科技”物聯(lián)網(wǎng)平臺+“Arduino”編寫程序和調(diào)用接口。

表1 接口函數(shù)調(diào)用表

單片機通過串口給ESP8266模塊發(fā)送信息使其調(diào)用相應的接口函數(shù)，ESP8266通過互聯(lián)網(wǎng)獲取相應的信息后再通過串口反饋給單片機。

4 軟件設計部分

設備的程序使用keil 5與Arduino IDE進行編寫。

在正式啟動工作之前，軟件需進行初始化，對相應的IO口的電平值進行設定，設定計時器與中斷，完成后進行循環(huán)等待。若有語音信號產(chǎn)生，語音模塊會通過串口使單片機產(chǎn)生中斷，單片機會根據(jù)語義分析的結(jié)果判斷并使用語音播報的方式給予相應的回復。

ESP8266在通過Arduino IDE刷入固件后，上電會自動搜索WiFi并進行連接。單片機進行語義分析后若判斷用戶有聯(lián)網(wǎng)查詢天氣等需求，則該模塊會調(diào)用相應的函數(shù)接口，并將結(jié)果通過串口反饋給單片機。

5 實物測試結(jié)果

本次實驗主要測試了產(chǎn)品的“語音喚醒”、“天氣查詢”、“時間查詢”、“藍牙語音播放”這四項功能，測試數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 實物測試結(jié)果

經(jīng)測試，各模塊工作性能良好，能很好地滿足設計需求。

6 結(jié)束語

經(jīng)過這一整套系統(tǒng)的工作，可以極大的方便人們的室內(nèi)生活，其語音識別等功能解放了人們的雙手。此產(chǎn)品還可以接入各種物聯(lián)網(wǎng)設備，以智能音箱為入口，打造一套完整的家庭物聯(lián)網(wǎng)體系，有較大的市場發(fā)展空間。