基于Cortex-M3的无线语音智能相框的设计与实现

刘钧火 赵威海 罗来俊

(江西理工大学，江西 南昌 330013)

0 引言

自从智能相框首次投放市场以来，至今已经超过了6年多的时间。如今，智能相框市场正处于走向成熟期的阶段。本设计以STM32F103处理器为核心，通过驱动程序和FAT文件操作系统读取SD卡信息，并对其中的图像信息进行解码和恢复，最后由TFTLCD打印图像。同时，WiFi模块实现了PC或手机的无线控制；LD3320模块实现了语音控制；光采集模块用于检测外部光强度，从而调节液晶屏背景亮度。

1 硬件系统设计

1.1 SD卡存储模块

SD卡是基于flash的存储卡，支持中央处理单元的读写操作。SD卡的读写以扇区为基本单位。核心器通过9个引脚与SD卡连接。本设计利用STM32F1提供的SDIO接口与SD卡连线控制，采用4位数据总线，最大传输速率达到100Mbit/s。同时使用FatFs管理SD卡，实现对SD卡文件的读写操作。

FATFS是一种由C编写的文件管理系统。操作者只需应用该系统中的相关函数，即可对磁盘中的文件进行一系列操作。

1.2 LD3320模块

LD3320是一种基于非特定人语音识别技术的语音识别、声控芯片。Mic检测外界语音流，通过频谱分析及特征提取，与关键词列表进行对比匹配，最后输出最接近的关键词作为识别结果。特别地，关键字列表可以被动态地编辑，从而实现了高度的自由化。本设计采用STM32F103的SPI接口与LD3320模块连接通信。

1.3 ESP8266模块

ESP8266是一款超低功耗的UART-WiFi透传模块，该模块支持STA、AP和STA+AP3种工作模式。本设计通过STM32F1提供的串口引脚与无线模块连接通信，最大的传输速率可到达460800bps。

1.4 光采集模块

该模块由一个光敏传感器配合ADC采集技术完成。在本设计中，将STM32F1提供的ADC通道引脚与光敏电阻的一端相连，以检测由光敏电阻阻值变化引起的电压变化，从而获得环境光的变化。经数据处理后，核心器发送信号以调整LCD背景光的亮度。

光敏电阻是一个具有单向导电特性的PN结。其通过的电流大小随入射光的强度而变化。ADC公式如下：

voltage=(ADCDR×825)≫10。

(1)voltage为电压值。

(2)ADCDR为检测值。

2 软件系统设计

图1 系统流程图

本设计以STM32F-103ZET6芯片为核心，通过SPI，USART和其他功能引脚与各硬件模块连接。

通过接收ADC收集的光敏传感器的电压数据调整LCD屏幕的背景亮度；通过接收语音识别模块检测并处理的声音数据，实现相关功能；通过接收无线模块的数据，实现手机或PC软件的无线控制功能。

上述模块之间的处理器资源分配是通过STM32F103-ZET6芯片提供的内部定时器中断操作来实现的，从而到达一种动态扫描的效果。

3 结束语

本设计以stm32f103zet6芯片为核心，结合光采集模块、语音识别模块、无线通信模块、显示模块和SD卡存储模块，设计了一款集语音、无线控制等功能的智能相框。本设计在整个测试过程中是正常、稳定的，所有功能均可实现并满足设计要求。