基于STM32单片机的家居设备语音控制系统设计＊

李 勇，蔡利强，谭国炎，陈 豪，寸 超

（西南科技大学 信息工程学院，四川 绵阳 621000）

随着科学技术的发展，语音识别技术在智能家居生活、医疗卫生系统等方面得到了广泛应用。传统的家电设备控制仍然依赖于人工触发式控制，将语音控制技术引入家电设备将使得家居生活更加便捷。同时，这一技术将使得人们的生活变得更加智能，更有乐趣。

目前，家居设备的常用控制方式有手动直接接触控制和红外线遥控控制。随着智能设备的发展，已经出现了手机和电脑智能远程控制的家居设备，极大地方便了人们的生活，但这些设备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而言，使用常规和智能终端来控制设备显然是不方便的。本文设计了一种以STM32F103ZET6为控制核心的智能家居语音控制系统，该系统采用LD3320识别语音信息，通过ZigBee模块无线发送给接收控制器进而控制家电设备。

1 系统总体设计

本系统主要由语音控制器以及接收控制器组成。系统主要由LD3320模块、STM32单片机控制模块、ZigBee模块组成。语音控制器通过LD3320模块识别语音信息并将识别结果送入单片机控制模块生成对应控制节点的控制指令，通过ZigBee模块将控制指令通过广播的方式发送出去。接收控制器节点通过ZigBee模块接收到控制指令后，通过读取该控制指令的报头信息判断该指令是否属于自身。

2 系统硬件设计

系统的硬件设计主要包括MCU电路、语音识别模块电路设计、ZigBee模块电路设计三部分。本系统的MCU芯片是采用基于Cortex-M3架构的STM32F103ZET6，该芯片是32位标准精简指令集处理器，内部集成了Flash存储、SRAM、丰富的I/O接口和先进的中断响应系统等，非常适合在本系统中使用。

2.1 LD3320模块电路设计

本系统的语音识别是采用LD3320模块来实现的，该模块内部集成了LD3320芯片以及高灵敏度的咪头。LD3320芯片内部集成了快速稳定的优化算法，所以该芯片不需要外接 Flash、RAM，简化了电路设计。此外，该芯片采用非特定人语音识别技术，不需要用户进行语音训练，并可动态编辑、识别关键词列表。LD3320模块采用并行的方式直接与单片机相接。咪头将采集的语音信息经电路处理后送入LD3320芯片进行频谱分析，并提取出语音的特征信息，通过语音识别器将采集到的语音特征与事先存储的关键词语进行对比匹配，如果有匹配的关键词，则该芯片将产生一个中断信号，通过LD_IR管脚返回给单片机，然后将对应的数据通过P0～P7传给单片机处理。

2.2 ZigBee模块电路设计

本系统的ZigBee通信采用IEEE 802.15.4协议，在电路设计中使用CC2530F256无线SOC芯片来实现。CC2530F256具有领先的RF收发器的优良性能，以及标准的增强型8051CPU，芯片内具有可编程的256 KB闪存。CC2530F256具有不同的运行模式，可适应超低功耗要求的系统。CC2530F256外围电路图如图1所示。

3 系统软件设计

3.1 语音控制器的软件设计

语音控制器主要作为一个中心节点，除了连接所有接收控制节点外，还负责语音指令解析以及控制指令的生成。在语音指令的生成中，程序根据LD3320反馈的指令获取用户指令对应指令码。语音控制器接收到语音信息后会根据该语音信息对应的指令码自动生成控制指令。语音控制器接收到语音信息后，会根据该语音信息对应的指令码自动生成控制指令。系统为每个指令接收器设定30条连续的指令码，生成控制指令时根据获取到的指令码进行计算得到指令对应的指令接收器的号码。控制指令主要分为报头、节点标号、数据长度、异或校验、报尾，共5部分，指令码解析后便将数据装载到指令报文中进行一次数据传输。

3.2 接收控制器的软件设计

接收控制器主要负责接收指令控制引脚电平与监测通信状态。由于语音控制器采用广播方式发送指令，所以，接收控制器会对接收到的控制指令进行判断，如果不是对应的指令则不作处理；否则，则根据该控制指令进行相应操作。接收控制器程序一直在执行接收、判断的过程，其中，判断接收到的控制指令，是否对应本接收控制器的依据是控制指令的报头信息。控制指令的报头信息中包括接收控制器的标号信息与指令的长度。当接收控制器得到对应的控制指令后，会控制相应的引脚产生对应的电平信号，控制家电设备。

4 结束语

本文设计的面向家电设备的语音控制系统能够实现精确的语音控制家电设备。本系统接收到相应语音指令后会产生对应的控制电平信息，可以为大多数的家电设备提供控制信号，从目前的测试情况看，系统性能和功能相对稳定，控制效果较好。本系统操作简便，实现了家电设备的语音智能化操作，大大方便了人们的生活，具有非常广阔的应用前景。

［1］李泽彬，姚有峰，张飞龙，等.基于单片机的智能家居语音控制系统设计［J］.电子设计工程，2017，25（08）：175-177，182.

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