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语音智能机器人助手的设计与实现
（作者小波QQ463431476）
（博文来源http://blog.chinaaet.com/zhaocundang/p/5100017667）
(博文来源：http://www.cnblogs.com/xiaobo-Linux/p/5637861.html)
之前学STM32的时候做的一个项目，我问大家语音识别哪家强？就目前来看，貌似是ICRoute公司吧？然后如果抛弃其它的硬件识别只是基于STM32 Cortex M 核心的话，纯软件去实现，识别效果肯定会不好，应用也是比较差劲的吧。这种识别方式必须先进行录音，然后对你的录音进行匹配，达到识别的目的。
之前拿这个项目参加华为杯比赛来着，没想到没评上，浪费了老师的200块钱，有点小失望，所以把这个项目写出来分享给大家看看吧。
项目实现功能概要：主要实现语音识别，模拟HID键盘，语音控制电脑HID键盘，语音控制外部设备，像台灯、风扇灯。实现语音调整RTC，OLED显示等等。
项目整体设计：
第一副图片是自己手工模块搭建的
第二幅图片是做了一个PCB外扩直插板子
简单介绍一点原理内容：
（1）社会背景
随着电脑的普及程度化越来越高，几乎每家每户都有电脑，但是家里的小孩、老人、以及伤残人士不太会或者不方便使用操作电脑，所以设计一款用语音来操作电脑的语音机器人助手是非常必要的，可以在他们不方便地时候提供了方便。
（2）生活窘况
往往早晨的生活是繁忙的，一大早起床，出门。如果我们想一边干别的事情，例如出门前一边系鞋带，或者拿一些东西，一边还想看当前时间、温度是多少的话，不得不抬头去看手机，看钟表，那多麻烦啊！只要我们通过语音，随口这么一说，智能机器人助手就可以实时语音播报当前的时间和温度，这是多么便捷贴心！
（3）PC软件不行硬件行
电脑Win10上的小娜就可以识别语音指令，但是体验效果比较差劲，尤其是电脑配置不够的情况下，打开小娜，也会比较卡。因此，如果采用基于硬件设计的语音机器人助手，语音处理都由硬件完成，指令只要发送出去就好了。这样的效率肯定比电脑软件实现的效果要好很多。
（4）个人工作助手
我想，大概每一个人都想要一个属于自己的智能机器人吧？协助自己处理一些事情，还更加贴心的虚汗温暖，让自己的生活更加富有生活情趣色彩。例如：自己在电脑前，旁边就是自己的小助手，自己累了，或者自己的桌面文件太多，随口这么一说，“打开Word文档”，语音机器人助手就可以帮你打开文档。或者想听歌看电影了，随口这么一说，“播放音乐”， “播放电影”，助手就可以在很短的时间内帮你打开音乐播放器和暴风影音，让你马上聆听音乐，观看电影。。。。。。，啊！生活很美好！
本作品是基于STM32微控制器的多功能嵌入式语音控制设备。基于语音识别和嵌入式技术，语音机器人助手能识别人的语音命令，让人们简单、方便的使用计算机，机器人设计主要包括语音识别、MCU主控、USB通信、台灯控制、风扇控制、OLED显示屏，RTC时钟，温度采集，语音播报，电源电路等几个部分，设计小巧、实用！
它能实现语音识别功能，通过采集近距离音频信号来实现相应的指令控制。通过STM32微控制器连接电脑的USB口，将STM32枚举成一个HID人体学输入设备的个性键盘，通过语音识别功能采集人的命令，如“打开暴风影音”语音识别指令后，通过USB发送给电脑键盘键值，便可以播放电影，“打开QQ音乐播放器”便可以播放音乐，此外还可以通过硬件方式对电脑实现休眠和锁屏，以及语音输入电脑登录密码来解锁和电脑唤醒功能。
可以通过语音识别来控制外部设备，例如夏天使用的小风扇，语音控制小风扇的开关，语音识别后也可以通过继电器控制书桌上的台灯开关。也可以温度采集，将采集到的室内温度数值传到微控制器中，OLED显示温度值和语音实时播报室内温度。RTC时钟功能可以在系统关闭的情况下实现对时间的准确计时，也可以进行语音播报时间。另外通过语音输出指令，机器人回答一次，这样实现人机互动功能。系统框图如图1所示。
图1 系统框图
（1） 给不会使用或不方便使用电脑的用户带来福利
社会上肯定有不少不会使用电脑的群体，这样一来通过语音控制电脑的方式，就可以简单方便快速地使用电脑，特别是对老年人和伤残人士，在他们不方便地时候提供了一些方便。
（2） 缓解压力，趣味语音交互
（3） 通过一问一答，说一句执行一句命令的方式实现人机交互的功能
可以在繁忙的工作中缓解压力，培养生活兴趣，使生活丰富多彩。
（4） 通过语音可以实现时间小时分钟的调整
语音实现对时间的小时、分钟的快速调整，解放了双手，使生活富有情趣。
（5） 实现对USB台灯、USB风扇的控制
可以对书桌台灯和小风扇控制，给不方便的时候提供了方便。
（6） 与用电脑软件实现的语音控制计算机相比，本作品性能更稳定，使用更方便。
（7） 语音播报
可以实时播报当前室内温度和当前的时间，这样一来就可以通过听的方式获取信息，同时还可以干一些自己的事情，提升生活效率。
一 系统设计
（1） 系统采用STM32作为主控制器，STM32最小系统设计包括MCU核心芯片，电源电路，时钟电路和复位电路。
（2） 语音识别方案选择
目前，STM32语音识别方案有2种，一种是直接基于STM32实现语音识别，第二种是基于LD3320语音模块来实现语音识别。第一种识别方式经过语音采样，放大滤波电路，ADC将模拟量转成微控制器可以识别的数字量，事先进行语音训练，也就是录音，最后将采集到的音频与实现录音好的音频匹配识别。第二种基于LD3320语音识别模块来进行语音识别，这种识别方式效率要高于采用微控制器的直接识别，所以本设计采用这种高效率的识别方式。
（3） USB串口设计
通用异步传输，又称通用异步串行口，微控制器里常用的通信方式，将微控制器PA9 PA10引脚（RX TX）与外部设备连接，实现串口发送数据。
（4） USB 从机设计
直接连接微控制器的PA11 USBDM 和PA12 USBDP引脚,即可让电脑识别成USB设备。
（5） 继电器控制电路，控制台灯、风扇的开关。
（6） USB风扇、台灯接口，通用接口，实用方便。
（7） DS18b20温度采集电路，用于实时采集当前的温度。
（8） 语音文本朗读，将文本朗读成语音模块，用来播报当前的温度和当前的时间。
（9） OLED显示系统菜单，OLED右侧显示系统功能菜单，可以实时切换。
（10）RTC时钟，显示当前时间，也可以语音调节分钟，小时。
项目加入UCOS II操作系统，使程序并发运行，把功能分成几个模块，便于维护和删减项目功能，项目UCOS II操作系统运行框图如图1.3和图1.4所示：
图1.3 UCOS II任务创建
二 系统硬件设计
（1） 电源电路
STM32主控制器采用3.3V电压，因此，电源电路采用5V转3.3V稳压供电，为微控制器已经外部设备提供主要的供电，电源电路如图2.1.1所示。
图2.1.1 电源电路
（2） STM32最小系统电路
STM32最小系统电路包括STM32主控制芯片、时钟电路、复位电路等几个部分，最小系统如图2.1.2所示。
图2.1.2 STM32最小系统电路
（1）第一板PCB开发板设计，设计比较大，跑线也比较多，PCB如图3.1.1所示。
图3.1.1 第一板PCB
（2）第二板设计注重简洁，去掉了多余的GPIO口和LCD，增加了OLED，引出UART，整体上比较实用，如图3.1.2所示。
图3.1.2第二板PCB
（3）第三板将STM32核心板单处拿出，方便移植连接外部设备，避免手工焊接STM32 144引脚芯片照成整个板子无法使用的情况。如图3.1.3所示。
图3.1.4第三板PCB
STM32被枚举成USB设备后，连接电脑，电脑将识别为USB HID键盘，（学校请无视= =）如图4.4.3所示：
图4.4.3STM32被电脑识别
四 简单实现原理介绍
（1）在STM32F103芯片中，USB接口区使用一个专用的512字节的SRAM数据缓冲存储器用于和PC之间进行数据的发送和接收，该缓冲区能被USB外设直接访问，芯片USB外设结构如图1.1所示。
图1.1 芯片USB结构
用户通过MIC输入音频流，对输入的音频流进行放大滤波整形后，LD3320芯片进行频谱分析，对输入的音频进行特征提取，另外一方面，在MCU中编写语音关键词拼音，在语音识别器中，芯片对音频和拼音串 进行匹配，匹配成功后，输出识别结果,识别流程如图2.4.3所示。
图2.4.3 识别流程
先简单介绍到这么多，看下视频演示吧！（http://v.qq.com/page/g/0/i/g03050r660i.html）
如果感兴趣，或者有什么想法想要探讨的话，请在下面留言！或者联系QQ463431476一起学习吧！
设计代码下载：https://item.taobao.com/item.htm?spm=686.1000925.0.0.6wFecf&id=534809801064
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