远程语音控制智能家电方案设计浅析

刘保全 刘健 唐旭 蓝海温 王昌红

摘 要：人工智能技术的飞速发展，促使传统家电走向智能化、而语音识别技术的进步，使得人与物之间沟通成为可能，拓宽了人的交流方式，为人类带来了诸多便捷。为了能让家电听懂人说话以及为人提供更优质的服务，本文采用的主控制器是MCS-51单片机，采取LD3320语音识别模块，通过无线方式传输到其他单片机模块进行控制，解决了语音控制和家电之间的互动关系，从而提高了家居智能化。帮助老人及行动能力障碍人士的日常生活，它的优点在于语音识别迅速准确，是对家电使用的一次革新。

关键词：语音控制;智能家居;人工智能

前言

随着人们生活质量的不断改善以及生活节奏的不断加快，人们对家电产品使用的高效性与便捷性提出了更高的要求。智能家电在这样的背景下应运而生。家电智能化作为当今最流行的趋势，既能为人们提供便利的生活条件，又使人们的家居生活充满高端的时尚品味，被越来越多消费者所期待。

智能语音交互家电控制系统是一款通过语音合成、语音识别、无线Wi-Fi传输来实现人与智能终端交互的家电控制系统[1]。该系统包含智能人机交互Wi-Fi语音交互模块，能使用户通过使用简单的语音命令如手机、电脑、平板等智能设备，再通过Wi-Fi与智能终端产品进行连接，从而轻松便捷的操作智能设备，简单中带来美妙的智能享受。不仅如此，该系统还可以实现通过TTS合成播报新闻、天气、预警等文本类信息，以及智能家电终端产品故障的提示语等。经过50多年的探索与创新，语音识别技术在需要电子设备的各个方面都得到了应用，大到载人航天[2]、工业生产[3]，小到家用电器、儿童玩具，语音识别系统都做出了巨大的贡献，由此可见，语音识别技术未来可期[4]。

本文基于语音识别的智能家电控制系统的主控制器是MCS-51单片机，为了识别语音信号，采取LD3320语音识别模块，电视机、电冰箱等家用电器的控制是单片机识别结果后通过无线方式传输到其他单片机模块进行控制，从而达到家居智能化。该系统能够帮助老人及行动能力障碍人士的日常生活，它的优点在于语音识别迅速准确，是对家电使用的一次革新。

1语音识别模块设计

本文研究以非特定人语音识别对家电进行相关控制，通过将语音转换成相应的指令对家电进行控制。整个系统的硬件电路包含语音识别电路和家电控制电路，其中语音识别电路是以STC11L08XE为核心对语音进行识别和转换的，家电控制电路部分则是以STC89C52为核心对外设（如LED灯、风扇、显示屏）进行控制的

语音识别原理语音识别芯片LD3320采用ASR技术，LD3320语音识别模块的语音识别模块的主控芯片为STC11L08XE，内置掉电检测电路、看门狗和EEPROM功能，具备2个16位定时器、3个时钟输出口和1个独立通用全双工异步串行口。该模块还加入了电源转换电路，提供稳定的3.3V电压供模块使用，同时未被利用的单片机I/O口引出至插排处，方便对外设直接控制。语音识别模块电路图如图2所示。

2.智能语音家电控制系統的整体设计方案

2.1系统整体结构图

系统软件主要包括语音识别程序和家电控制程序，语音识别程序主要完成识别模块的初始化、关键词添加、语音识别和响应中断，家电控制程序对语音识别命令进行配置，用以调节亮度、温度等操作。具体流程如图3所示

2.2语音模块初始化

采用集成设计LD3320模块，首先对时钟频率、ADC专用控制、DSP模块和ASR模块等进行初始化，设定FIFO_EXT上下限并调整MC U、DSP参数。

2.3添加拼音串和识别码

语音识别的结果依赖于拼音串与识别码的匹配，外部采集的信号需要先经过语音识别器与拼音串相匹配，再通过对应的识别码进行操作。拼音串与识别码的添加程序如下：

unsignedintcodeReg[VOICE_A][VOICE_B]={

"zhangsan"，＼//一级口令

"kaidengceshi"//二级口令

};//关键字列表

unsignedcodeCod[VOICE_A]={

CODE_ZS，＼//一级识别码

CODE_KDCS//二级识别码

};//识别码列表

2.4语音识别

语音识别模块开始工作后，首先关闭外部中断，在此期间对ADC增益进行设置，并调节麦克风音量和灵敏度。之后通知DSP开始进行语音识别，打开外部中断后等待中断信号产生。

3.系统测试及展望

系统测试时，需要先由用户对板载麦克风说出“指定名称”的一级指令，当用户说出该指令并识别成功后，系统将发出一级指令识别成功的提示音，并让识别成功指示灯闪烁。接下来用户继续说出二级指令，如电风扇、空调、电视机、拉开窗帘等语音指令，系统继续识别二级指令，如果识别成功，将执行相应的打开电风扇、打开空调、打开电视机、拉开窗帘等家电操作任务。

智能化优点本文设计的智能语音家电控制系统具有语音控制家电的，对老年人、残疾人和儿童的电器操作提供了安全方便地控制方案，该系统可以为家庭生活带来极大便利，并提高居家生活的舒适度。

参考文献：

[1]胡蓉，杨柳，胡向东.基于多层神经网络的智能家居入侵检测方法[J].重庆邮电大学学报（自然科学版），2019，31（02）：174-182.

[2]卞港，王仁彪，石永伟.基于STM32和Zigbee的mini宠物智能喂养系统的设计[J].电子技术与软件工程，2019（07）：94.

[3]高凡.智能家居国家标准宣贯进行时[J].中国建设信息化，2019（07）：40.

[4]卢希.智能家居互联互通大势所趋[J].中国建设信息化，2019（07）：41.

项目：黑龙江省大学生创新创业训练计划项目：远程语音控制智能家电方案设计与研究（项目号：S202113299008X）。

作者简介：刘宝权（2001-），男，本科在读，机械电子工程专业，哈尔滨石油学院，主要从事智能家电控制技术研究，

通讯作者： 王昌红（1989-），女，黑龙江人，在读博士研究生，讲师，主要从事机械设计及数控等专业教学与改革研究以及碳纤维复合材料高品质加工机理研究工作