教學(xué)背景

1920年11月2日，世界上第一座商業(yè)廣播電臺KDKA廣播電臺正式開播。隨后廣播事業(yè)不斷發(fā)展，逐步形成全球性的廣播網(wǎng)，調(diào)頻收音機(jī)也成為傳統(tǒng)電器中必不可少的一員。廣播電臺和收音機(jī)伴隨著無數(shù)人的成長，即使在互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的今天，收音機(jī)也發(fā)揮著它獨(dú)特的作用。如學(xué)生們用收音機(jī)收聽英語聽力資源和歌曲等，老年人常用收音機(jī)收聽一些新聞和戲曲等，車載收音機(jī)可以豐富駕駛員單調(diào)的行車旅途。傳統(tǒng)的調(diào)頻收音機(jī)需要人們手動(dòng)選擇頻率波段才能收聽喜歡的電臺，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，對駕駛員來說更是極為危險(xiǎn)。故本節(jié)課讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中了解廣播電臺的工作原理及身邊的廣播電臺頻率，并學(xué)會(huì)應(yīng)用語音識別技術(shù)來控制電臺頻道的切換。

教學(xué)目標(biāo)

1.學(xué)會(huì)利用3D One軟件設(shè)計(jì)智能語音控制收音機(jī)的外殼，并結(jié)合硬件合理設(shè)計(jì)安裝位，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和設(shè)計(jì)思維;

2.了解DFRduino UNO R3主控板、TEA5767收音機(jī)模塊、好好搭搭A(yù)SR-THREE離線語音識別模塊的工作原理;

3.學(xué)會(huì)通過編程實(shí)現(xiàn)語音控制切換收音機(jī)電臺頻道的效果，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)意思維、高階思維。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn) 根據(jù)需求設(shè)計(jì)收音機(jī)的外殼，同時(shí)根據(jù)開源硬件的尺寸實(shí)現(xiàn)各模塊及線材的精準(zhǔn)安裝。

教學(xué)難點(diǎn) 了解好好搭搭A(yù)SR-THREE離線語音識別模塊、DFRduino UNO R3主控板、TEA5767收音機(jī)模塊的工作原理，通過編程實(shí)現(xiàn)語音控制切換收音機(jī)頻道的效果。

教學(xué)過程

一、創(chuàng)意構(gòu)思，激發(fā)興趣

師：與機(jī)器進(jìn)行語音交流，讓機(jī)器明白自己說什么，這是人們長期以來夢寐以求的事情。近年來語音識別技術(shù)不斷發(fā)展并逐漸成熟，目前人類已能實(shí)現(xiàn)和機(jī)器對話的夢想了。傳統(tǒng)的收音機(jī)需要手動(dòng)選擇自己喜歡的電臺頻道，不是很方便，所以本節(jié)課老師帶領(lǐng)大家一起設(shè)計(jì)一款智能語音控制收音機(jī)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)用語音識別技術(shù)切換電臺頻道。

（設(shè)計(jì)的收音機(jī)不僅僅要能收聽到廣播電臺的節(jié)目，還要能讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中體會(huì)語音識別的過程，即特征提取、模式匹配和模型訓(xùn)練，體驗(yàn)人和機(jī)器對話的樂趣。）

二、初識硬件，暢想創(chuàng)意

（一）認(rèn)識各類電子元件

教師分別介紹TEA5767收音機(jī)模塊、好好搭搭A(yù)SR-THREE離線語音識別模塊、OLED單色顯示屏、無源音箱小喇叭、Gravity： IO傳感器擴(kuò)展板V7.1的功能及特點(diǎn)。

（二）線路連接

選擇一個(gè)ASR-THREE離線語音識別模塊，使用3P傳感線與擴(kuò)展板上的數(shù)字接口3連接，分別連VCC（紅色）、GND（黑色）、S（白色）。

選擇一個(gè)TEA5767收音機(jī)，使用4根杜邦線連接擴(kuò)展板上的IIC接口，分別連VCC（紅色）、GND（黑色）、SCL（綠色）、SDA（藍(lán)色）。

選擇一個(gè)OLED單色顯示屏，使用4P傳感線與擴(kuò)展板上的IIC接口連接，分別連VCC（紅色）、GND（黑色）、SCL（綠色）、SDA（藍(lán)色）。

選擇三個(gè)點(diǎn)動(dòng)按鍵模塊，使用3P傳感線分別連接到擴(kuò)展板上的數(shù)字接口8、9、10。

鋰電池需要在安裝的時(shí)候連接開關(guān)，正極與擴(kuò)展板PWR_IN接口的正極連接，負(fù)極與擴(kuò)展板PWR_IN接口的負(fù)極連接。

具體連接示意圖如圖1。

（三）設(shè)計(jì)程序

1.程序編寫

師：在編寫程序之前，我們先來了解下好好搭搭A(yù)SR-THREE離線語音識別模塊的學(xué)習(xí)功能。

（1）喚醒詞

喚醒詞是指將產(chǎn)品從待機(jī)狀態(tài)切換到工作狀態(tài)的詞語，是用戶與語音互動(dòng)產(chǎn)品的第一個(gè)接觸點(diǎn)，喚醒詞最多可設(shè)置5個(gè)。

（2）學(xué)習(xí)喚醒詞

首先用默認(rèn)的喚醒詞喚醒語音助手，然后說出“學(xué)習(xí)喚醒詞”，語音助手會(huì)根據(jù)提示去學(xué)習(xí)喚醒詞。喚醒詞學(xué)習(xí)一共進(jìn)行3次，學(xué)習(xí)過程中3次喚醒詞必須一致，最后會(huì)提示學(xué)習(xí)完成。

（3）命令詞

命令詞是指用戶對語音互動(dòng)產(chǎn)品發(fā)出一定指令的詞語，以此與其進(jìn)行溝通。

（4）學(xué)習(xí)命令詞

用喚醒詞（默認(rèn)或已學(xué)習(xí)的）喚醒語音助手，然后說出“學(xué)習(xí)命令詞”，根據(jù)提示去學(xué)習(xí)命令詞。命令詞學(xué)習(xí)一共進(jìn)行3次，學(xué)習(xí)過程中3次命令詞必須一致，最后會(huì)提示學(xué)習(xí)完成。學(xué)習(xí)結(jié)束后會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)ID，通過這個(gè)ID編寫程序來控制即可。

（5）刪除喚醒詞和命令詞

用喚醒詞（默認(rèn)或已學(xué)習(xí)的）喚醒語音助手，然后說出“我要?jiǎng)h除”，根據(jù)提示來刪除喚醒詞和命令詞。

（6）了解好好搭搭A(yù)SR-THREE離線語音識別模塊ID對照表

好好搭搭A(yù)SR-THREE離線語音識別模塊已經(jīng)為用戶設(shè)置了常用的喚醒詞和命令詞，其中ID53—ID69是專供用戶學(xué)習(xí)存儲(chǔ)新的喚醒詞或命令詞。

了解好好搭搭A(yù)SR-THREE離線語音識別模塊的學(xué)習(xí)功能后，根據(jù)需要讓其學(xué)習(xí)新的命令詞，并獲取新命令詞的ID進(jìn)行記錄，獲取ID的程序如圖2。

獲取命令詞ID后就可以對智能語音控制收音機(jī)進(jìn)行編程了，可以通過獲取變量ID號，然后根據(jù)不同的ID號設(shè)置不同的電臺頻率，并顯示在OLED屏上，如圖3。

2.程序調(diào)試

將編寫好的程序上傳到DFRduino UNO R3主控板上后進(jìn)行測試，測試成功即可。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)收音機(jī)結(jié)構(gòu)時(shí)，考慮到有的學(xué)生可能沒有見過老式的收音機(jī)，教師可建議學(xué)生在網(wǎng)上找一張老式的收音機(jī)圖片作為設(shè)計(jì)參考，結(jié)合現(xiàn)在的設(shè)計(jì)風(fēng)格，創(chuàng)意設(shè)計(jì)智能語音控制收音機(jī)的外部造型。

學(xué)生利用3D One軟件，根據(jù)自己設(shè)計(jì)的尺寸進(jìn)行智能語音控制收音機(jī)外形的建模，并注意留出定位孔（詳細(xì)制作步驟可掃碼觀看視頻）。教師巡視答疑，并及時(shí)給予指導(dǎo)。

四、作品裝配

將DFRduino UNO R3主控板和擴(kuò)展板組合后放進(jìn)盒子中，將DFRduino UNO R3主控板的USB接口和DC電源接口對準(zhǔn)收音機(jī)外殼的開孔處，依次將喇叭、OLED顯示屏、電源開關(guān)、點(diǎn)動(dòng)按鍵、鋰電池充電接口安裝到相應(yīng)位置，并用熱熔膠槍加以固定。

安裝完成后將底蓋用螺絲固定好，打開電源開關(guān)就可以正常運(yùn)行了。

教學(xué)反思

收音機(jī)曾是風(fēng)靡全球的電子產(chǎn)品，但隨著科技的高速發(fā)展，它漸漸淡出了大眾的視線，只在某些特定人群中發(fā)揮著作用。而近年來人工智能技術(shù)非?；馃幔貏e是語音識別技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用更是常見。為了讓學(xué)生能詳細(xì)地了解廣播電臺與收音機(jī)，并學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用語音識別技術(shù)，本項(xiàng)目就此孕育而生。本項(xiàng)目的實(shí)施不僅可以讓學(xué)生了解廣播電臺的歷史，還能自己動(dòng)手實(shí)踐，通過三維創(chuàng)意設(shè)計(jì)和編程來實(shí)現(xiàn)智能語音控制收音機(jī)的夢想。

沈志宏 上海外國語大學(xué)附屬浙江宏達(dá)南潯學(xué)校信息技術(shù)教師，浙江省湖州市技術(shù)能手，南潯區(qū)教學(xué)明星，3D打印造型師。個(gè)人著作《輕松玩轉(zhuǎn)3D? One 與3D 打印》《給3D One點(diǎn)顏色——輕松玩轉(zhuǎn)三維建模與3D打印》《青少年3D 打印課程——輕松玩轉(zhuǎn)123D Design》由人民郵電出版社出版并公開發(fā)行。