基于单片机控制的多功能智能语音风扇

西北民族大学 邓天金 王昭武 余 达

基于单片机控制的多功能智能语音风扇

西北民族大学 邓天金 王昭武 余 达

本文简述了一种基于单片机控制的智能多功能语音风扇的设计，该设计以STC11L08XE单片机为主控制器，通过YS-LDV7语音模块对语音信号进行采集识别，并将该信号上传给单片机进而控制风扇的转速和开关，以达到语音控制的效果。该设计还装有温度传感器和时钟芯片，通过LCD12864液晶显示室内的温度、时间等相关的工作参数，以达人机交互和多功能的目的。

单片机；YS-LDV7语音模块；温度传感器；LCD12864液晶；时钟芯片

0 引言

随着家用设备日渐智能化，电风扇这个老式家居似乎正在被空调这样的新型设备所取代，但实则不然。市场显示，电风扇依然有着强大的生命力[1]。因为它相对于空调具有耗电少、价格低廉、风力温和等优点。但是电风扇也存在着不足的地方，如采用传统按键控制，功能少等。针对这些问题，本小组设计了一款能够通过语音控制的多功能电风扇，同时该风扇配有液晶显示屏，可以显示当前系统的工作状态、时间和室内温度，做到人机交互。

1 总体设计

该设计的系统结构框图如图1所示。其主要由STC11L08XE单片机、YS-LDV7语音模块、温度传感器模块、时钟芯片模块、LCD12864液晶显示模块组成。其中STC11L08XE单片机作为主要控制器，即主控。通过YS-LDV7语音模块对用户的语音信号进行采集识别，并将数据上传给主控单片机，主控通过对数据进行分析，做出相关指令进而控制风扇的风速。例如，用户给出“低速”的命令，语音模块收到后，反馈给单片机，单片机分析后进而控制风扇的慢速转动。单片机在分析用户的指令的同时，也在不停的读取温度传感器采集的温度、和时钟芯片内的时间，并将数据发送给显示屏，刷新显示屏显示的状态（见图1）。

2 系统硬件设计

硬件部分设计如图2所示，该图为整个电路的核心部分，由STC11L08XE最小系统和语音模块芯片LD3320组成，共同组成语音模块。此外该模块还向外引出了IO口，以便其他外加电路，如温度传感器、时钟芯片、液晶模块等都可以从P1口和P2口中选择接口。通过这些IO口可以控制这些模块的工作状态。

图1 系统总体设计结构图

2.1 微控制器模块

该设计采用STC11L08XE单片机作为主控，其相对于STC89系列的单片机，它不仅具有STC89系列单片机原有的优点，同时在原有的基础上改进了许多。该系列的单片机使用的是增强型8051内核，速度比普通8051快8～12倍。2个16位定时器，兼容普通8051的定时器T0/T1。内置EEPROM功能，且I/O可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏。每个I/O口驱动能力可达到20mA,复位后为：准双向口/弱上拉。因此采用STC11L08XE单片机作为核心控制器更加符合该系统的设计。

图2 硬件部分原理图

2.2 温度传感器模块

温度采集采用DS18B20传感器，具有微型化 、低功耗 、高性能 、抗干扰性强 、易配处理器等优点。采用单线接口方式与微处理器进行双向通行，这也给温度的提取带来了极大的方便[2]，且内置EEPROM，限温报警功能。工作电压：3-5V的直流电压，这样只需将传感器的信号口接到单片机的IO口即可，然后进行数据的读写操作，非常便利。

2.3 时钟芯片模块

时钟芯片采用DS1302芯片，这是一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，当一个月小于31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。该模块电路中内置一个小型的纽扣电源作为后备电源。在外部电源断开后，该后备电源依然可为该部分电路提供电源，做到简单的掉电可记忆。其电路与微处理器的接口分别为SCLK、IO、CE，其中IO接口为三线接口时的双向数据线，数据的读写也是通过这个IO口来进行的。

2.4 液晶显示模块

液晶显示模块采用LCD12864液晶显示器。内部含有国标一级、二级简体中文字库;分辨率为128*64，其中内置8192个16*16点汉字和128个16*8点ASCII字符集。该模块可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机，8位并行及串行两种连接方式。且具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等[3]。相对于其他显示器，该模块不仅功耗低、可显示内容多，而且易操作。

2.5 YS-LVD7语音模块

该系统硬件的核心YS-LVD7语音模块。该模块的核心芯片为LD3320，该芯片集成了语音识别处理器和一些外部电路，包括AD、 DA 转换器、麦克风接口、声音输出接口等。且通过该芯片不需要外接任何辅助的 Flash 芯片， RAM 芯片和 AD 芯片，就可以完成语音识别功能。芯片只需通过外置咪头和简单的辅助电路与单片机相连接，即可对外界语音进行识别，进而进行判断，从而引导单片机做出相应的命令。

图3 电机内部电路

2.6 电机部分

图3为该设计电风扇的内部结构图，使用集成电路RY901及MAC97A6，该电路集开关、定时、调速、模拟自然风为一体，所以只需将图三中的按键结构改成与单片机IO相连接的结构，即可通过IO口来控制该电风扇的风速，进而与语音模相组合，做到智能控制的效果。

3 系统软件设计

系统软件设计结构图如图4所示。开始，软件完成液晶、时钟芯片的初始化，然后单片机一直处于读取温度和时间的状态，再通过LCD12864将当前时钟和温度显示在液晶上。当用户说出开启风扇的指令，风扇才开始工作。风扇可通过语音模块来调节相应的转速，此后又将电机的工作状态显示在液晶上。重复执行该工作，直到电源断开或识别到关闭风扇的指令。

图4 系统软件设计结构图

4 结语

本设计以STC11L08XE核心微控制器，通过YS-LDV7语音模块对用户的语音进行检测，进而做到通过语音控制电风扇的效果。同时液晶在显示当前风扇工作状态的同时，也能显示当前的时间和环境的温度。通过语音对电风扇的控制极大的方便了人们的生活，也摆脱了传统式的按键操作，且单片机实现的语音电风扇系统，性能可靠，成本较低，适合大众消费，有重要应用价值。该系统的电路和程序稍加修改，也可以移植到其他家用电器上，如家用台灯，电饭煲等，因此具有优良的市场扩展前景。

[1]赵志伟.智能与节能 电风扇行业步入转型升级时代[J].现代家电,2014,(13):37-38[2017-09-26].

[2]韩小斌,朱永文.数字式温度传感器DS18B20及其应用[J].电子技术,2002,(05):43-45[2017-09-26].

[3]李海玉,高建明,王雷.基于单片机控制的液晶显示电路[J].黑龙江科技信息,2010,(33):16[2017-09-26].

[4]李庆梅.基于AT89C51单片机的智能电风扇调速器的设计[J].自动化技术与应用,2008(1).

[5]徐志刚,黄涛.基于单片机的智能风扇[J].电子设计工程,2016,24(11):154-156+159.[2017-09-16]DOI:10.14022/j.cnki.dzsjgc.2016.11.046.

[6]陈灵枭.基于16位单片机的语音控制电风扇[J].企业家天地,2007,(12):229-230[2017-09-16].

[7]邓兴成.单片机原理与实践指导[M].北京:机械工业出版社,2010.

[8]周航慈.单片机应用程序设计技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.

西北民族大学电气工程学院“双E”项目资助（项目编号：20171814）。

指导教师：张国恒。