李泽彬，姚有峰，张飞龙，徐云绯，李 宣

（皖西学院 传感网与信息处理综合应用实验室，安徽 六安 237012）

基于单片机的智能家居语音控制系统设计

李泽彬，姚有峰，张飞龙，徐云绯，李 宣

（皖西学院 传感网与信息处理综合应用实验室，安徽 六安 237012）

为了改善家居特殊群体的生活质量，利用单片机和语音识别模块设计了智能家居语音控制系统，通过语音识别模块识别语音指令，系统根据识别结果控制家居电气设备的开启或关闭。采用了火焰、烟雾和温湿度传感器实时监测环境参数，系统在特定情况下可以播报个性化定制的语音提示和语音流。经测试，系统工作稳定，语音识别率高。该系统提高了家居生活的防灾水平，也使现代家居生活变得更轻松、更便捷、更安全。

智能家居；语音识别；电气设备；家居环境

语音识别是人机交互的一种重要技术手段[1]。随着科学技术的进步，语音识别技术已经在工业生产控制、智能家居生活和医疗卫生系统等方面得到广泛应用[2-8]。目前，家居电气设备的常规控制方式有手动直接接触和红外线遥控[9-10]，随着智能设备的发展，已经出现了手机和电脑智能控制的家居设备，但是这些设备的控制面对的是具有正常行动能力的人群，而对于那些行动不便的老年人和残疾人等群体来说，使用常规和智能终端来控制设备显然是不方便和不适用的[11-12]，为此文中设计了一种基于单片机的智能家居语音控制系统，采用了语音指令控制家具设备的开启或关闭，同时可以利用单片机获取传感器采集的环境参数来监测室内环境是否超标，并能利用MP3模块来播报个性化语音提示，语音报警和特定语音流等，从而使现代家居生活更轻松、更便捷、更安全。

1 系统组成及硬件电路设计

本系统主要由单片机控制部分、语音识别模块、MP3模块、传感器和电气设备驱动控制模块构成，系统结构如图1所示。咪头用于对声音信号进行采集，经过处理电路处理后送入LD3320语音识别模块处理，处理结果通过并行端口送给单片机，单片机接收到LD3320语音识别模块处理的结果后，并对其进行分析，发出相关指令控制各电气设备，实现各电气设备启动或关闭；同时也可发出相关指令，驱动MP3模块发出相关语音信息或播放特定语音流。在系统工作过程中，利用火焰、烟雾和温湿度传感器实时监测室内环境参数，当环境参数超过预定值时，单片机发出指令给MP3模块，播放特定语音报警信息。

图1 系统结构图

1.1 单片机控制模块

本系统采用单片机STC90LE52RC来控制外围设备，STC90LE52RC具有超强抗干扰、高速、低功耗等优点，操作指令与8051单片机完全兼容[13-14]，其构成的控制模块最小系统如图2所示，本系统中采用3.3 V供电，与LD3320语音识别模块相同，这样能有效的增加了内部数据处理的可靠性、兼容性。

图2 单片机控制模块

1.2 语音识别与播放模块

图3 LD3320模块电路和MP3模块电路

LD3320模块内集成了LD3320芯片、咪头及相关电路，其主要是采集语音信号并识别特定语音信号，采用并行方式直接与单片机相接，如图3（a）所示。麦克风采集到语音信号，当LD3320模块识别出语音信号后，芯片会产生一个中断信号通过LD_IR管脚返回给单片机，并且将数据通过P0～P7传送给单片机进行处理。因为LD3320芯片最多可以存储50条识别语句[15]，显然在实际复杂系统中是不够用的，为此，本设计中LD3320芯片主要用于存储语音控制命令，采用MP3模块电路存储语音流信息，语音流采用MP3格式存放在该模块的SD卡中，其端口RX和TX与单片机P30和P31连接，电路如图3（b）所示。当MP3模块接收单片机控制信号后，驱动喇叭发出语音信号或相关MP3语音流。

1.3 传感器与设备驱动控制模块

本系统中的火焰传感器与烟雾传感器采用模块电路，温湿度传感器采用DHT11。火焰传感器、烟雾传感器、温湿度传感器分别获取室内火焰、烟雾浓度以及温湿度信息，将采集到的信息送给单片机，当发生火灾隐患时，单片机驱动MP3发出个性化火灾报警信息；当温湿度超出设定范围时，单片机驱动MP3发出温湿度提示信息；与此同时LED灯也发出不同规律的闪烁报警信号，其电路如图4（a）所示。

本系统中电气设备驱动控制电路由光电耦合器MOC3022和可控硅BT136-800E组成，这里只给出一个端口连接情况，如图4（b）所示，若要控制其他设备只须将该电路和单片机其他空余端口连接即可。光电耦合器MOC3022主要用来分离单片机控制电路和动力电路；为了较好的驱动家庭电气设备，本系统采用了具有击穿电压高、输出电流大的可控硅BT136-800E；电路中R15和C5主要是吸收高频脉冲干扰。

2 系统软件设计

图4 传感器电路与电气设备驱动控制电路

本系统开始工作后，语音识别芯片进行复位、初始化，并将识别的语音条目写入识别列表，等待语音信号输入后开始识别，打开中断允许位，识别完成后向主控制器发出中断请求。主控制器通过相应状态寄存器得到识别结果，从而获得相应的控制命令，语音写入流程图，如图5（a）所示。本系统采用口令模式，LD3320首先将采集到的语音信号与预设的触发口令进行匹配，匹配通过后继续采集语音信号，采集到有效语音信号后，则将其与关键词列表中口令进行再次匹配，如匹配结果符合预设口令，则将识别结果传输给单片机，单片机执行设备控制和语音播放命令。如不匹配则放弃当前采集结果，重新采集触发口令。语音识别与设备驱动流程图，如图5（b）所示。

图5 流程图

本系统设计过程中，为了有效提高识别率、降低误识别率，采取了以下2种措施：1）在设置好特定语音识别条目后，添加了多个与识别列表内有一定联系的任意其他条目，用来吸收错误语音识别；2）使用了口令模式，避免了周围环境杂声导致系统错误识别。

在系统循环执行过程中，程序不停的监测环境火焰、烟雾、温湿度参数，当检测到有效信号后，单片机驱动MP3模块发出个性化语音、并报警提示，其环境参数检测流程图，如图5（c）所示。

3 结束语

该设计利用单片机和语音识别模块实现了智能家居语音控制系统，通过该系统能够识别语音指令，并能根据识别结果控制家居电路中日光灯、风扇和电视等其他电气设备的开启或关闭；通过环境中的火焰、烟雾和温湿度参数实时监测进行家居火灾预防，并在特定情况下播报个性化定制的语音提示和语音流，提高了家居生活的预防灾害水平，同时系统也能改善特殊群体的生活质量，使得特殊群体实现轻松、便捷、安全的现代家居生活。通过该系统的实验测试，结果表明，系统工作稳定，语音识别率高，结构简单，能够完成家居电气设备的控制和环境参数的监测。

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Design of smart home voice control system based on single-chip microcomputer

LI Ze-bin，YAO You-feng，ZHANG Fei-long，XU Yun-fei，LI Xuan
（Comprehensive Application Laboratory of Sensor networks and Information Processing System，West Anhui University，Lu'an 237012，China）

In order to improve life quality of special groups，smart home voice control system is designed based on single-chip computer module and LD3320 speech recognition module.The electric equipments control system could be ON and OFF according to the voice commands by the recognized voice commands.A variety of voice prompt and voice steam could be customized and played by the monitored indoor environment parameters.After testing，the designed system has high stability，high speech recognition rate.In the home life，the system can improve the level of disaster prevention.The modern home life can be made easier and more convenient，more secure.

smart home；speech recognition；electric equipment；living environment

TN912.34

：A

：1674-6236（2017）08-0175-03

2016-06-19稿件编号：201606130

安徽高校省级自然科学研究项目（KJ103762015B20）；省级大学生创新创业训练计划项目（AH201510376017；AH201510376034）；皖西学院校级科学研究项目（WXZR201642）

李泽彬（1979—），男，安徽六安人，硕士，讲师。研究方向：复杂系统和混沌信号处理。