基于单片机的智能语音控制系统-设计说明书
电子校园网 编号：
CJ-32-2022-134-LW
设计摘要：
本论文设计了一种基于STM32单片机的智能语音控制系统。该系统由中控部分、输入部分和输出部分组成。中控部分采用STM32单片机，用于获取输入数据并进行内部处理，控制输出设备。输入部分包括SU-03T声控模块、独立按键和供电电路，而输出部分包括OLED显示屏、音乐播放模块、ULN2003步进电机和USB灯。通过声控模块和独立按键，用户可以控制音乐的播放、切换歌曲和调整音量。此外，声控模块还可以用于控制USB灯的开关和步进电机模拟窗帘的开合。最后，通过语音控制，用户可以通过系统控制音乐、窗帘和灯的状态，并通过OLED显示屏实时显示相关信息。本设计实现了基于单片机的智能语音控制系统的设计与开发，为智能家居和物联网应用提供了一种可行的解决方案。该系统结构简单，功能实用，具有一定的应用前景和推广价值。
关键词：单片机；声控模块；USB灯；
字数：11000+
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内容预览：
摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5电机方案选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.2 主控电路设计
3.3 显示模块
3.4 SU-03T语音识别模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键函数流程设计
4.4 监测函数流程设计
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 按键控制音乐实物测试
5.3 语音控制实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
家居的智能化作为一项新开发的项目，在销售市场中具有不可估量的市场前景。因此，很多公司已经将智能化的家居系统作为未来的主要销售方向，并进行深入分析智能化的家居系统的发展趋势以及客户的需求。很多知名的智能化的家居正在迅速崛起，并逐渐成为智能化家居系统的领导者。而在日常生活中，为了更好地使人们在家中随时随地控制家居，重要的信息可以随时随地获取，从而对终端设备进行合理的控制，而终端的实际操作各种各样，其中语音是运行是智能家居最方便的方式。
使得设备通过语音进行执行，最主要的是设备可以弄清人们的语言表达，最后执行到人们需要的结果。语音识别技术就像设备听觉系统一样，它是一项新兴的高科技技术，目前逐渐进入了人们生活。预测在未来十年中，语音识别技术将进入各种行业，例如工业生产，家用电器等。语音识别技术的使用被英国媒体评选为1997年计算机发展的十大事件之一。许多权威专家认为，语音识别技术是2000年至2020年信息技术行业的智能技术十大关键之一。
语音识别技术过程，包括语音数据信号的预处理，svm算法和匹配算法。识别过程包括预过滤，采样和定量分析，等过程。识别语音数据信号中必不可少的步骤是获取具体的特征参数。获取的特征参数必须满足以下要求：
- 获取的特征参数主要表现出物体独特的特征，方面进行区分；
- 能区分各参数的性质；
参数的检测的方法很多，高效的优化算法的应用为语音参数的检测提供了一定的保证。在检测的实际的情况下，在检测和处理了特征参数之后，为关键字输入特征实体模型，并将其存储为标准库。语言模型包括由语音识别指令组成的语法或由统计分析方法组成的语言模型。识别模块的根据不同的语言表达特征和识别语言词汇来确定。在语音模块中，语言词汇的表达非常重要。当分类不正确时，可以根据语言模型，句法结构和语义进行更正。特别是，某些字符必须贯穿整个文本结构，才能更好的地理解字词的含义。应用语言学的基本理论法[4]。
而本设计就是针对现实社会，基本人人都使用的灯进行语音设计，通过单片机设计，使得人们对灯、音乐播放的控制更加的便捷。
1.2 国内外研究现状
人类对机器语音识别的探索始于20世纪50年代，迄今已逾70年。2016年，在深度神经网络的帮助下，机器语音识别准确率第一次达到人类水平，意味着智能语音技术落地期到来。不过人们面对“AI”时希望得到自然、类人的交互体验，这是一个宏伟的开放性课题，背后涉及的各学科技术仍有不足，还面临长期的求索方能突破。智能语音技术发展至今共经历了三个阶段，分别是起步期，变革发展期和落地可用期。其中，起步期（1980s-2010）：语音识别开始从孤立词识别系统向大词汇量连续语音识别系统发展；变革期（2011-2015）：微软DNN（深度神经网络）的出现使识别错误率第一次大幅降低，降幅约90%，技术与产品开始大发展；落地期（2016至今）：机器语音识别准确率第一次达到人类水平，约95%，智能语音技术进入落地期，智能语音助手、智能音箱相继落地。
随着人工智能的快速发展，中国在智能语音领域发展也是十分迅速。智能语音消费者业务主要通过硬件出售及相关互联网增值服务获利，而企业级和公共级业务则主要有两类合作模式：一是技术平台输出模式，将通用技术能力封装为SDK或API，下游客户或生态中的开发者使用时向技术提供方支付一定费用，当然为了促进生态的快速发展，一些平台如华为HiAI、百度语音技术采取面向开发者免费的策略；二是切入传统行业，提供解决方案（含核心设备），这种情形下涉及智能语音企业与传统行业集成商或最终客户进行定制化、深度合作。2020年，我国智能语音市场规模中，解决方案形成业务规模与技术平台输出形式业务规模比值大约为2.16，前者占主导地位。据统计，2020年我国智能语音市场规模为159.37亿元，较2019年增加37.63亿元，增长超30%。随着人工智能技术的不断成熟和应用迭代，未来中国智能语音市场将保持高于25%的增长速度，预计2021年我国智能语音市场规模将突破200亿元。
在未来的发展中,语音识别与自动化控制的结合也将是未来发展的一种必然趋势;语音交互方式是更为人性化的人机交互界面,针对语音识别与智能控制的运用,2018年王磊，何勇，张宇提出了一种基于非特定人语音识别技术的智能控制设计方法,并使用LD3320芯片将语音信息采集和识别,采用STC10L08XE芯片作为语音控制系统的主控制器,并结合外部存储器和控制电路实现人机语音交互和语音控制,设计一款区别于传统控制的语音交互设备;通过设计一款上位机软件,可以很好地解决外部存储器数据修改困难的问题,并同时进行实时的语音数据写入和参数配置,结合自定义的协议帧,使数据的传输过程更加快速,稳定和可靠[1],经过实验验证,该语音控制系统工作稳定,识别率高,具有很好的易用性和市场应用价值。
2020年周士杰发明公开了一种设备智能语音控制系统及方法,属于智能控制技术领域.一种设备智能语音控制系统,包括:语音采集或播报模块,语音识别模块,业务控制与播报模块,业务协议解析模块,通信模块及受控设备.该系统的运行方法为用户发出的设备语音控制命令依次经过上述各个模块处理后,受控设备按照该语音命令进行运行,同时受控设备还将运行的状态沿着语音控制命令传输的反方向依次经过各个模块处理后,以语音播报的方式通知用户.本发明通过用户的语音命令实现管理智能家居设备,同时将智能家居设备的当前状态及运行语音命令的情况进行反馈,然后通过语音的形式进行播报给智能家居的用户,满足人们对生活智能化,高效化的需求[2].
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计是基于STM32单片机的智能语音控制系统。系统由中控部分、输入部分和输出部分组成。中控部分采用STM32单片机作为核心控制器，用于获取输入数据并进行内部处理，控制输出设备。输入部分包括声控模块、独立按键和供电电路，输出部分包括显示屏、音乐播放模块、步进电机和USB灯。
通过声控模块和独立按键，用户可以方便地控制音乐播放、切换歌曲、调整音量，以及控制USB灯和步进电机模拟窗帘的开合。通过语音控制，用户可以通过系统控制音乐、窗帘和灯的状态，并通过显示屏实时显示相关信息。
本设计实现了基于单片机的智能语音控制系统的设计与开发，为智能家居和物联网应用提供了一种可行的解决方案。该系统具有简单的结构和实用的功能，具备一定的应用前景和推广价值。
