语音识别智能家居控制系统设计

语音识别智能家居控制系统设计

摘要：本系统主要介绍语音识别智能家居控制系统，系统以实现通过语音智能控制家用电器的开关为目的，采用非特定人SNR8016芯片，通过ZigBee无线通信技术进行数据采集传输，实现对室内LED灯、窗帘、空调、除湿器等电器进行控制。本系统在实现基本语音控制的同时，系统还具有成本低、功耗小、易操作、安全可靠等优点，能够给用户带来更好的体验感和舒适感。

关键词：智能家居；语音识别；STM32；ZigBee

1 引言

在传统的家电控制中，通常采用的是手动控制和遥控控制，这两种控制方法都是由人来操作，既有一定的危险性，又不能通过墙壁进行远程操作。而随着技术水平的不断提高，使用者对使用体验的需求也越来越高，因此在两种传统控制中延伸出一种新兴控制方法—语音控制，语音控制最大的特点是简单、直接。语音识别智能家居控制系统具有更好的可控性和便捷性，它突破了传统的控制方式对距离的限制，同时也满足了用户对智能家居的需求。而语言控制所必须的语音识别技术成为了家庭智能系统中的一个关键技术。近年来，随着语音识别、人工智能等高新技术的不断涌现，在智能家居领域得到了巨大的发展，并已经被广泛应用于智能家居领域。

2 系统总体设计

在本系统中，主机模块是控制板主要实现语音控制家电的功能，人们通过唤醒指令唤醒语音识别模块，然后发出相应的命令指令，SNR8016语音识别模块识别后，通过串口将识别结果传送给STM32主控芯片，由STM32主控芯片对识别结果进行解析，将解析之后的结果命令发送给终端设备从而控制各电器的开关状态。而从机模块是监测板主要利用温湿度传感器采集室内环境温湿度值，并将采集的数据通过ZigBee发送到主机的ZigBee，主机的ZigBee将信息发送给主控在

OLED显示屏幕上进行实时显示，并将当前温湿度值和设定值进行对比，当温湿度的值达到设定值后系统会自动启动空调和除湿器。系统功能框图如图1所示。

图1 系统功能框图

3 系统硬件设计

3.1 STM32主控芯片

STM32芯片是意法半导体开发的一系列的微控制器，STM32处理器目前有3个系列多种型号，开发者可以根据设计需求自行选择合适型号。本系统采用的是增强型系列STM32F103中的STM32F103C8T6芯片，该型号芯片体积更加小巧，有众多功能丰富的接口，还具有高性能，低成本，低功耗，运行速度快，集成度高等特点。

3.2 语音识别模块

本系统采用的是SNR8016离线语音识别模块，该模块是一种不需要用户进行录音训练且具有高稳定度的非特定人语音识别模块，只需要指定唤醒词和命令词。模块最多可以设置160条指令，采用麦克风即可实现10米超远距离语音识别，并且识别正确率高达97%以上。本模块自带扬声器，具有语音播报功能。

3.3 无线通信模块

系统利用ZigBee短距离无线通信技术进行了传感器数据的采集与传送。该系统使用了TI公司的CC2530作为ZigBee的主控芯片，该芯片性能好并且成本

低，是一种真正适合于IEEE802.15.4，Zigbee的解决方案，在智能家居系统中得到广泛应用。

3.4 温湿度采集模块

DHT11是一款集温度、湿度于一体的温湿度传感器，它的信号传输距离可达20米以上，还具有体积小、功耗低、操作简单、性价比高、抗干扰能力强、响应速度快、数据处理高效等特点，能够满足智能家居系统对低成本、高效率的需求。

3.5 OLED显示模块

系统使用OLED显示屏幕可以实时显示室内温湿度数值以及空调和除湿器的模式状态。相较于LCD显示屏来说，OLED液晶显示屏自发光，不需要背光，可以做到更加轻薄，可视角更大，功耗更低，反应速度更快，更加适合小系统。OLED供电范围3.3V-5V，工作温度范围-30℃-70℃。

3.6 电器设备控制模块

家用电器控制模块主要有灯、窗帘、空调和除湿器组成。在本系统中灯由LED灯来模拟，窗帘由ULN2003驱动步进电机进行模拟，空调和除湿器由两个继电器来模拟。

4 系统功能测试

由于该系统使用了非特定人语音识别技术，所以为了保证语音识别的准确性，必须对不同的使用者语音进行检测。在测试过程中，随机抽取10名不同年龄段的男女生，让他们分别说出8条已经设定好的语音指令，每个指令重复测试5遍，共获得400个样本，在室内环境安静的情况下，测试样本的识别准确率可达98%，基本满足一般家庭环境下的语音识别需求。语音测试指令及相应的识别率如表1所示。

表1 语音识别测试指令及识别率

指令内容

识别率

指令内容

识别率

开灯

50/50

打开空调

48/50

关灯

49/50

关闭空调

50/50

打开窗帘

49/50

打开除湿器

49/50

关闭窗帘

48/50

关闭除湿器

49/50

5 结语

通过对国内外语音识别智能家居的研究，结合当前物联网、人工智能、大数据、深度学习等先进技术的发展设计了此语音识别智能家居控制系统。本系统由STM32主控芯片、语音识别模块、无线通信模块、温湿度采集模块和终端设备构成，实现了通过语音对家中的灯、窗帘、空调、除湿器等家用电器开关的控制，同时可以通过温湿度设定值控制空调和除湿器的开关，还具有语音播报，温湿度采集并显示等一系列功能。语音识别智能家居控制系统在一定程度上方便了家中的老年人、残疾人以及普通人的正常生活，实现了智能家居智能化、人性化的目的。

参考文献

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