CN105187982A - 基于语音和体感技术的智能音箱系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于语音和体感技术的智能音箱系统及其控制方法。本发明的智能音箱系统包括单片机最小系统模块、电源模块、继电器模块、音频解码播放模块、歌曲存储模块、语音识别模块、手势识别模块；本发明的优点是以语音识别和手势识别技术实现非接触式控制智能音箱，无需按键操作，人机交互更加便捷与人性化；系统采用分模设计与组装，小巧便捷，可与家庭影院等智能家居系统相互配合，营造更舒适、方便、富有乐趣的智能家居环境。

Description

基于语音和体感技术的智能音箱系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及现代家居的智能控制领域，具体涉及一种手势、语音识别技术和单片机的智能音箱系统及其控制方法。

背景技术

生活中普遍使用的音箱是通过将音箱和电脑、电视等终端相连，必须通过手指和按键的接触才能对音箱进行控制。虽然给我们带来了美妙的音乐，但也给日常的使用带来了诸多不便，比如刚用手拿过食物就不适合再接触电脑的按键、只要一离开电脑就无法再打开或关闭音箱以及对音箱播放中的音乐进行切换。致力于改变这一现状，我们通过语音识别的技术对音箱进行控制，使人们在手脚已被占用时或面对一些特殊的用户(如残疾人)时，也能随心所欲地享受音乐的乐趣，提高我们生活的质量。另外，考虑到在声音比较嘈杂的公共场合，诸如ktv，酒吧之类，语音识别的难度较大，智能音箱还兼容了手势识别技术，通过简单手势对歌曲进行切换、暂停和播放，使智能音箱的交互方式更加灵活，人性化。

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活和使用方便等优点，可以嵌入到各种产品和设备当中，再结合各种类型的传感器，可以使一个普通物品具有一定的智能，极大方便人们的生产生活。在信息时代的今天，人们越来越追求自动化、智能化，而单片机是其不可或缺的实现手段。

随着人类社会的进步和科学技术的迅猛发展，人们逐渐开始追求智能化、便捷化的家居生活环境，因此智能家居得到迅猛崛起，并且成为一种现代生活消费需求，语音识别和手势识别技术是智能家居控制系统中的一个重要应用。

发明内容

为提高人民生活水平需求，本发明提供一种智能、简单、人性化的基于语音和体感技术的智能音箱系统及其控制方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：其特征是利用语音与手势识别技术控制音箱系统。其组成包括：单片机系统，电源系统，继电器系统，音频解码系统，歌曲存储系统，语音识别系统，手势识别系统；其中电源模块输出接到继电器4脚，其余所有电路的VCC、GND端口均接到继电器模块的电源接口J1，语音识别模块接口P1的2脚连接继电器模块输入端，手势识别模块接口P2的1-3脚连接单片机系统15、13、12脚，音频解码模块接口P3的1-7脚连接单片机系统27、26、14、28、25、24、23脚，歌曲存储模块接口P4的4-7脚连接单片机系统5、6、8、7脚。

所述电源模块电路包括：220V交流市电接电源变压器输入端，变压器输出端接桥式整流电路D1～D4，整流输出接滤波电容C1和旁路电容C2，然后接在稳压器MC7805的in端，MC7805的GND端直接接地，OUT端接旁路电容C3。

所述继电器模块电路包括：继电器LS1的5脚接电阻R3之后除直接接地外，还通过二极管D5接到三极管Q1的集电极，三极管Q1的发射极直接接VCC，基极一边接10K电阻R1之后连接到VCC，一边接4.7K电阻R2之后接到语音识别输出接口P1的3脚。

所述语音识别模块电路包括：YS-V0.7语音识别模块，模块接口P1的3脚接到经电阻R2后接到继电器系统Q1的基极。

所述手势识别模块电路包括：手势识别模块接口P2的5脚接GND，4脚接VCC，1-3脚接单片机系统的15、12、13脚。

所述音频解码模块电路包括：VS1003音频解码模块，模块接口P3的1-7脚分别接R6-R12之后连接单片机系统的27、26、14、28、24、23、22脚，8脚接地，9、10脚接VCC。

所述歌曲存储模块电路包括：SD卡存储模块，模块接口P4的3脚接VCC，8脚接GND，4-7脚连接单片机系统的5、6、8、7脚。

所述单片机控制模块，采用STC12C5A60S2单片机，其电路晶振两个对地电容C4、C5与单片机18、19脚相连，形成振荡电路；电容C6通过对地电阻R5连接单片机9脚，形成复位电路。

本发明的有益效果是：

1)所述一种基于语音和体感技术的智能音箱系统，不同于传统接触式按键控制，而是采用语音和手势识别技术，通过语音识别控制音响开、关机，手势识别实现歌曲切换、暂停功能，控制方式更加符合人类行为交流习惯，拥有极佳的人机交互体验。

2)所述一种基于语音和体感技术的智能音箱系统，体积小巧，智能化程度高，可以与家庭影院等智能家居设施相互结合，使得日常生活更加便捷，智能，有乐趣。

附图说明

图1为基于语音和体感技术的智能音箱系统整体结构框图

图2为主板原理图

图3为电源模块原理图

图4为继电器模块原理图

图5为手势识别、音频解码和歌曲存储模块接口原理图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

如图1所示，本发明所述电路包括：单片机最小系统模块、电源模块、继电器模块、音频解码播放模块、歌曲存储模块、语音识别模块、手势识别模块；电源模块将220V的交流电转换为稳定5V直流电，用于系统各个模块电源供给；继电器模块根据输入信号的高低电平控制整个系统其余模块电源的通断，从而实现音响的开、关机控制；音频解码播放模块将单片机传输过来的MP3音频文件进行解码播放；歌曲存储模块用来存放音乐文件，单片机从中读取需要的音乐文件送给音频解码播放模块；语音识别模块检测到语音命令后，模块将提取到的信号和其命令语句对比，如果相符合，会相应输出高电平或低电平，该输出信号接到继电器模块的输入端，实现语音控制音响开、关机；手势识别模块检测手势挥动后，根据不同手势，对应引脚会输出500ms的高脉冲，该信号直接接到单片机引脚上，根据程序控制音乐文件的读取与解码，从而实现手势控制音响进行歌曲切换、暂停和播放。

如图2所示，主板包括单片机最小系统模块、电源模块、继电器模块、音频解码播放接口模块、歌曲存储接口模块、语音识别LD3320接口模块、红外线手势识别接口模块。单片机最小系统中单片机为STC12C5A60S2。18脚、19脚接有振荡电路，其中晶振频率为24MHz。当给单片机加上工作所需直流电源时，振荡器就开始振荡起来。振荡电路的目的是为单片机工作提供所需的时钟脉冲信号。其中18脚和19脚分别对地接了一个30pF的电容，目的是防止单片机自激。同时在9脚也就是RST端外接了一个复位电路，目的是使单片机上电开始工作时，内部电路从初始状态开始工作。

如图3所示：整个电源系统由电源变压器、桥式整流电路和MC7805稳压器组成。220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1～D4和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器MC7805的in和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)，此直流电压经过MC7805的稳压便在稳压电源的OUT输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压，C2、C3为旁路电容，作用是抑制电路中可能产生的自激振荡，其中引脚1的电容大于引脚3的电容，是为了防止1处的电容漏电时，放电速度大于3处(输出端)的速度，导致稳压器倒置而损坏。

如图4所示：继电器模块由继电器电路和语音识别模块接口电路组成。当我们需要播放音乐时，通过语音识别LD3320模块检测我们的语音指令(如：开机)，匹配成功后，模块接口P1输出低电平经电阻R2接到继电器电路的三极管基极，该三极管是PNP型，采用集电极接低电平方式输出，R1为上拉电阻，当基极没有输入脉冲或电压时，基极为高电平，因为这是反极性三极管，所以平时是截止的，此时基极输入低电平信号，基极电压降低，三极管导通，继电器线圈得电吸合，常开触点吸合，音响系统上电开机；当识别到的是”关机”时，模块接口P1输出高电平，基极电压仍为高电平，三极管截止，线圈断电，触电断开，使继电器已经闭合的常开触点断开，系统掉电，音箱关闭。该电路是PNP三极管，音响系统断电关机。二极管D5反向接在线圈两端，是保护线圈不受反峰电压的冲击，对继电器起到保护作用。

如图5所示：由手势识别、音频解码和歌曲存储模块接口电路组成。音箱开始播放音乐后，手势识别模块是通过红外发射和接收管来检测手势的，根据接收的红外信号，判断当前的手势类型，当人手左挥、右挥和短时间遮挡时，模块接口P2的3、2、1脚会相应输出500ms的高脉冲给单片机的15脚(START暂停)，12脚(NEXT下一首)和13脚(UP上一首)，从而实现MP3歌曲切换功能。

歌曲存储接口模块，SD卡数据传输分为SPI模式和SD模式，设计中采用SPI模式。SPI模式下SD卡只需接MISO、MOSI、CLK等7个引脚。VS1003音频解码播放接口模块，DREQ是数据请求输入总线，只有当DREQ有效时，才能进行数据输入；XDCS为数据片选端；XCS为片选输入，低电平有效；SCLK为串行总线的时钟；SI、SO分别为串行输入、输出引脚；XRESET为异步复位端，低电平有效；在进行音乐文件播放之前，首先要对VS1003初始化，配置控制引脚XCS、XDCS、XRESET、DREQ和寄存器SPI_MODE,设置VS1003的时钟、采样率、立体声效果和音量控制，然后启动SPI数据传输；完成初始化之后，等待单片机从SD卡中打开指定MP3文件，然后传送至解码器解码，最后通过内部DAC转换成模拟信号。其中文件读取和数据发送都是按扇区或一定字节的，数据发送时当DREQ为高电平时才可以发送下一组数据。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的实施举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。

Claims (1)

1.一种基于语音和体感技术的智能音箱系统及其控制方法，其特征是利用语音与手势识别技术控制音箱系统。其组成包括：单片机系统，电源系统，继电器系统，音频解码系统，歌曲存储系统，语音识别系统，手势识别系统；其中电源模块输出接到继电器4脚，其余所有电路的VCC、GND端口均接到继电器模块的电源接口J1，语音识别模块接口P1的2脚连接继电器模块输入端，手势识别模块接口P2的1-3脚连接单片机系统15、13、12脚，音频解码模块接口P3的1-7脚连接单片机系统27、26、14、28、25、24、23脚，歌曲存储模块接口P4的4-7脚连接单片机系统5、6、8、7脚。

1)所述电源模块电路包括：220V交流市电接电源变压器输入端，变压器输出端接桥式整流电路D1～D4，整流输出接滤波电容C1和旁路电容C2，然后接在稳压器MC7805的in端，MC7805的GND端直接接地，OUT端接旁路电容C3。

2)所述继电器模块电路包括：继电器LS1的5脚接电阻R3之后除直接接地外，还通过二极管D5接到三极管Q1的集电极，三极管Q1的发射极直接接VCC，基极一边接10K电阻R1之后连接到VCC，一边接4.7K电阻R2之后接到语音识别输出接口P1的3脚。

3)所述语音识别模块电路包括：YS-V0.7语音识别模块，模块接口P1的3脚接到经电阻R2后接到继电器系统Q1的基极。

4)所述手势识别模块电路包括：手势识别模块接口P2的1脚接VCC，2脚接GND，3-5脚接单片机系统12、13、15脚。

5)所述音频解码模块电路包括：VS1003音频解码模块，模块接口P3的1-7脚分别接R6-R12之后连接单片机系统的27、26、14、28、24、23、22脚，8脚接地，9、10脚接VCC。

6)所述歌曲存储模块电路包括：CH375歌曲存储模块，模块接口P4的3脚接VCC，8脚接GND，4-7脚连接单片机系统的5、6、8、7脚。