基于1T8051单片机的语音识别智能家具控制系统

赵凯文 李存瑞 李明泽 王钧

摘  要：随着科技的发展，现代的生活开始摆脱传统家居的控制方式，比如使用语音识别技术来控制一些家电，给生活带来便利的同时增加了生活体验乐趣。这个智能系统是一种基于单片机的智能语音控制电灯的系统。具有语音调节电灯开关、亮度以及工作模式的功能。采用STC12C5A60S2系列1T8051单片机作为处理核心，利用LD3320语音识别芯片进行识别语音的操作，并使用HC-05蓝牙模块实现无线传输，进而进行远程控制智能家居的操作。实验结果表明：1T8051单片机性能稳定，开发空间大，LD3320芯片的识别率高，容易开发，此语音识别方案具有较高的实用价值和生活体验乐趣。

关键词：语音识别;智能家居;1T8051单片机;LD3320芯片

中图分类号：TP273.5    文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）01-0033-05

Speech Recognition Intelligent Furniture Control System Based on

1T8051 Single Chip Microcomputer

ZHAO Kaiwen，LI Cunrui，LI Mingze，WANG Jun

（College of Information Science and Technology，Gansu Agricultural University，Lanzhou  730070，China）

Abstract：With the development of science and technology，modern life starts to get rid of the control mode of traditional household，such as using voice recognition technology to control some household appliances，which brings convenience to life while increasing the joy of life experience. This intelligent system is a kind of intelligent speech control light system based on single chip microcomputer. It has the function of voice adjusting light switch，brightness and working mode. STC12C5A60S2 series 1T8051 microcontroller is adopted as the processing core，and LD3320 speech recognition chip is used to recognize human voice，and HC-05 bluetooth module is used to realize wireless transmission，then the remote control of smart home operation is carried out. The experimental results show that 1T8051 MCU has stable performance，large development space，high recognition rate of LD3320 chip，and is easy to develop. This speech recognition scheme has high practical value and life experience fun.

Keywords：speech recognition;smart home;1T8051 single chip microcomputer;LD3320 chip

0  引  言

随着科技的发展，语音交互跟我们生活的联系越来越密切，例如Win10系统中的小娜，苹果手机中的Siri，微软的小冰等都是我们所熟悉的语音交互功能，我们甚至每天都在使用语音交互。小米、阿里、Google等公司的智能音响也给智能家庭的建设带来了趣味体验。由此可推想，将语音识别技术运用到智能家居中，利用其远程控制家居电器设备，我们的生活将更加便利，语音识别技术将会在未来生活中发挥更为重要的作用。本文基于单片机设计的语音识别远程控制电灯的系统是對语音识别技术应用的探索，以期为人们的生活提供更多的便利。

1  系统整体介绍

系统主机采用STC12C5A60S2系列1T8051单片机和LD3320语音识别芯片进行识别语音和语音指令解读，再由蓝牙传输系统发送指令数据到从机，从机中的单片机便可以控制智能家居系统的工作。本文设计使用LED灯来模拟生活中的电灯，这样就组成了家电语音控制系统，来模拟开灯关灯，控制灯的工作模式。

系统整体的设计框图如图1所示。

2  硬件电路

整体硬件电路系统，有以下两个部分：由迷你MIC头、语音识别模块LD3320、STC12C5A60S2系列1T8051单片机、蓝牙发送模块、供电电路模块组成的主机;由1T8051单片机、蓝牙接收模块、LED灯、供电电路模块组成的从机。整体电路系统设计如图2所示。

2.1  单片机模块

STC12C5A60S2系列的1T8051单片机是一个很适合该系统的微处理器，它除了4组8位并行端口外还加了4个I/O端口，总共有36个I/O端口，同时，其还具有1280字节的SRAM和最大32K字节的Flash程序存储器，最大工作频率可达到24MHz，这些特性便于系统开发，并且可以使系统保持良好的工作状态。STC12C5A60S2系列1T8051单片机最小工作系统电路如图3所示。

该1T8051单片机同时存在于系统的主机和从机，在主机中主要是对主机的整个系统进行控制，并将语音识别后得到的信息传送至蓝牙发送模块;在唤醒系统和输入操作指令后系统有回应时控制指示灯做出反应，便于我们观察。在从机中是利用蓝牙接收的指令信息对LED灯进行控制。

2.2  语音识别模块

语音识别模块包括LD3320语音识别芯片、迷你MIC头和供电电路模块。其中LD3320语音识别芯片在语音识别和可操作方面有很大的优势，它的优点是完全不用外接FLASH和RAM等外部存储器就可以进行高精度的语音识别，也就是说只用LD3320芯片便可以进行高质量的语音识别工作。而且LD3320语音识别芯片集成了高精度的A/D和D/A转换，可以直接由1T8051单片机控制。

LD3320語音识别芯片不用外接存储器，使用的时根据需求自定义关键词并将关键词用字符串的形式写入芯片即可，进行设计和操作都非常方便。例如该系统预设了一个一级语音指令“小白”，二级语音指令“开灯”、“关灯”、“变暗”、“变亮”、“闪烁”。一级语音指令是为了唤醒系统，让系统进一步接收二级语音指令。系统如果没有一级语音指令，使用时容易误解用户的话语，达不到用户预期效果。输入一级语音指令后，主机中的指示灯会闪烁，提示我们系统唤醒成功，然后输入二级指令对从机中LED灯进行控制。当然，上述这些指令都是可以在程序中进行更改，以达到自己需求，增强体验乐趣。

LD3320语音识别芯片的高集成度极大地方便了我们对语音的处理。我们需要做的只是：确定需要的寄存器地址，编写程序，然后进行测试，最后单片机就可以完成对家电的控制。图4是LD3320语音识别模块的电路图。

2.3  蓝牙发送与接收模块

硬件电路系统采用HC-05蓝牙模块进行点对点的远程数据传输，实现“操作指令”的远程发送和接收。该模块硬件层支持蓝牙V2.0+EDR，而且内置PCB射频天线，不需要再外设天线;软件层支持SPI编程接口。该蓝牙芯片体积小、功耗低、成本低、数据传输稳定可靠。

硬件电路系统中主机和从机上各有一个HC-05蓝牙传输芯片，在系统通电后，两个蓝牙模块会按照程序自动进行配对，建立点对点的连接。主机中的芯片将单片机提取的语音指令发送出去，从机中的芯片接收该指令，并传递给从机中的单片机，进而由从机中的单片机对LED灯进行控制。图5是HC-05蓝牙模块的电路图。

3  软件设计

3.1  主机中软件设计

基于1T8051单片机的语音识别智能家具控制系统主程序使用C语言进行编写，采用了模块化的设计，这样便于以后添加更多的操作方式和家电，整个程序体系非常简洁。该系统整个程序运行过程如下：开始首先初始化单片机、语音识别模块、蓝牙模块，从而使整个系统处于待机状态，MIC和LD3320语音识别芯片处于待命状态，LD3320语音识别芯片对MIC听到的声音进行解析，判断其是否是系统预设的一级语音指令，之后LD3320语音识别芯片将识别结果传输给1T8051单片机，1T8051单片机控制指示灯闪烁，LD3320语音识别芯片进而判断是否有二级指令，如果有，再将识别结果传输给1T8051单片机，1T8051单片机将信息传输给蓝牙发送模块，进而发送到从机，从机控制LED灯的工作状态。LD3320语音识别芯片和1T8051单片机配合使用的流程如图6所示，软件程序执行的流程如图7所示。

3.2  从机中软件设计

图8是从机中软件程序的流程图。

由于基于1T8051单片机的语音识别智能家具控制系统从机只有单片机、蓝牙模块、电源模块和要被控制的电器，因此程序变得非常简单。1T8051单片机自带PWM功能（脉冲宽度调制），可以产生控制LED灯亮度和闪烁模式的电压波形，通过控制脉冲频率和占空比就能控制LED灯的工作。在程序里面我们需要先对单片机的串口、定时器和PWM进行初始化，然后接收从机的蓝牙模块传输的指令数据，进入中断然后读取指令，这时候的LED灯模块也处于初始化状态，然后就可以用1T8051单片机控制LED灯的开关、亮暗和闪烁等。

3.3  蓝牙传输模块的软件设计

基于51单片机的语音识别智能家具控制系统采用HC- 05蓝牙模块进行远程无线数据传输，软件程序主要是初始化、验证连接密码、建立连接、进行数据传输，由于该模块的集成度比较高，因此我们程序设计的过程较快。图9是蓝牙传输模块的软件程序流程图。

4  系统测试

基于1T8051单片机的语音识别智能家具控制系统的硬件设计并组装好后，将程序下载到1T8051单片机中。然后分别在没有噪音的环境和有一定噪音的环境中进行测试。每个环境都有五个人，每人分别进行40次“开灯”、“关灯”命令测试。测试结果为：整个系统对5种不同的声音都可以识别并作出回应，在无噪音的环境中识别率在93%以上;在有噪音的环境中识别率会有所下降，在82%以上。多次测试的结果表明：本系统性能稳定，识别率高，可以在一般家庭中正常使用。

5  结  论

语音识别智能家居控制系统体现了家居的智能性和便捷性，可以很好地把语音识别技术和无线传输技术运用到家电当中，利用语音来控制灯的开关、亮暗等。但其也存在一些小问题：在离MIC特别近的位置（大约30cm内）大声喊会出现识别率大幅下降的情况;无法识别方言，只能识别普通话。

未来，这个系统同样可以运用到其他家电当中，比如电热水壶的开关、保温，电风扇的开关、风力、模式、空调的开关、甚至温度的调节，电视的开关等等都可以利用此系统进行控制，语音识别智能家居控制系统的进一步推广和应用，可以极大地方便用户的生活，增加用户生活乐趣。

参考文献：

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