智能家居语音控制系统设计和实现计算机科学和技术专业

1、题目：智能家居语音控制系统 摘 要随着现代信息科技的迅速进步和发展,人们生活质量的提高也逐渐提高，智能家居在现代社会中也备受关注，与传统的方式相比，语音控制不需要复杂的操作，通过说话就可以指导一些设备完成相应的动作，减少用户对手机、遥控的依赖，从而为用户提供更加舒适高效的环境。本课题利用STC89C52单片机和LD3320语音识别芯片对用户说出的关键字进行识别，然后将识别的结果输出给单片机，单片机再输出信号控制继电器，进而控制开关的工作，最后实现控制灯光和风扇等常用设施的操作，充分体现了它在语音识别和智能控制方面的优势，具有较高的识别率和实时性。关键词：智能家居； 语音识别； 单片机； LD3

2、320AbstractWith the rapid progress and development of modern information technology, the improvement of peoples life quality also gradually improve, intelligent household also focus in the modern society, compared with the traditional way, voice control does not need complex operations, through talk

3、ing can guide some equipment to complete the corresponding action, reduce the users reliance on mobile phone, remote control, So as to provide users with a more comfortable and efficient environment.This topic uses STC89C52 microcontroller and LD3320 voice recognition chip to identify the keywords t

4、hat the user says, and then outputs the results to the microcontroller, and then the microcontroller outputs the signal to control the relay, and then controls the work of the switch, and finally realizes the operation of the common facilities such as lights and fans. It fully reflects its advantage

5、s in speech recognition and intelligent control, and has high recognition rate and real time performance.Key words: intelligent home ； voice recognition； MCU； LD3320目 录1 绪论11.1 选题的背景11.2 国内外发展状况11.3 主要研究内容22 系统方案选择32.1 智能家居系统的总体设计32.2 方案选择32.2.1 主控芯片的选择32.2.2 语音芯片的选择42.2.3 液晶显示器的选择52.2.4 继电器模块的选择52.

6、3 系统方案总结53 系统主要硬件电路设计63.1 主控单片机电路与最小系统63.2 语音控制部分83.2.1 语音识别原理83.2.2 LD3320电路设计93.3 复位电路103.4 时钟电路113.5 继电器电路114 软件设计124.1 LD3320的软件设计124.1.1 编程模式124.1.2 LD3320程序流程134.2 寄存器的操作和功能144.2.1 并行方式144.2.2 串行SPI方式154.2.3 寄存器的功能164.3 语音芯片关键词的设置164.4 单片机程序下载175 实物制作175.1 pcb电路板的制作流程175.2 系统调试195.2.1 硬件调试205.

7、2.2 软件调试20总结21参考文献22附录致谢301 绪论1.1 选题的背景在维纳观点中：“人们对外部世界加以适应，通过适应来完成对世界的控制，而此过程中与外部进行将交换的内容称就作为信息。”语言则是人与人之间进行沟通最方便又快速的方式，那么在2021年的今天人与机器也能像人与人之间沟通这么便捷。例如：iPhone中的Siri等都是大家所熟悉并常用的功能。随着当代中国的经济以及互联网和电子信息等新一代技术的高速进步和发展,人民的物质生活水平也在不断改善和提高,居住的条件更是发生了质的变化,人们以前都追求自己房屋的宽敞以及装修华丽程度,随着时代的进步和变化,人们越来越开始追求自己的居住环境的便

8、捷及其智能化,因此电子产品就广泛地运用于到了居民的日常生活起居中,这就有了智能家具的出现，智能家居是信息技术与生活品质完美结合的产物，智能家居的出现满足了人民日益增长的美好生活的需要，智能家居利用各种通信、网络技术实现家居设备集成，让我们的居住环境更加舒适更加高效更加智能。但是把语音控制应用在智能家居中却不是那么常见的，一般还要靠遥控器或者是手动来控制一些家具电器。但是家用电器越来越多的话，使用开关和遥控器就不是那么方便了，但如果这时我们可以使用声音来控制一些电器设备，例如看电视的时候，直接对这电视说一句湖南卫视，电视收到语音指令后就会自动切换到湖南卫视的界面，这样就会方便许多，从而减少了用户

9、对遥控器等中控设备的依赖，使生活更加方便更加舒适。11.2 国内外发展状况语音识别技术是一门具有交叉性的学科,语音识别的技术在我国近些年发展上取得了很大的突破和进步,并逐渐由起初的实验室发展到现在的市场,正如我们所见,语音识别的技术已广泛地应用于我国的工业、家具装饰设备、医用器械、电子产品等的各个方面,虽然目前语音控制在智能家居中的应用不是特别广泛，但在各方面都高速发展的今天，将语音控制技术全面覆盖到智能家居中这是指日可待的。因为语音控制技术的方便化以及智能化，智能家居语音控制无论是再国内还是国外都得到了广泛的关注和应用。当下中国智能语音市场分别包含了传统的it巨头以及专业语音技术厂商两大类，

10、科大讯飞研究院院长胡郁说道：“语音识别技术作为最方便的方式，利用其实现人机交互成为未来行业发展的大趋势之一。”在交流的过程中，语音是最自然便捷的。人机交互技术中，语音识别得到了较为广泛的运用，成为其一大重要组成。语音识别的准确性和实时性在我国信息技术持续发展中得到了全面的优化，且各方面性能也逐渐趋于稳定。基于语言翻译及自动理解，语音识别技术可以有效的解决语言交流障碍。海外市场通过对语音识别系统的充分利用完成了多样化的科技产品研发与应用。举例来说有语音记事本、声控拨机号电话及其他等，进一步展现了语音识别技术在应用领域的多样性，与此同时发展前景光明。此外通信与语音技术的持续优化，因为社会不同领域创

11、造了价值，提供方便，如医药卫生、网上会议、教育培训等，且创造了极好的经济效益，未来可期。1.3主要研究内容本次设计智能家居语音控制系统在进行主控芯片选择的过程中，通过比对最终确定为STC89C52芯片，辅助硬件采用语音识别模块、继电器模块、晶振模块、复位电路模块结合的系统。件采用c语言编程技术在Keil4中编写，通过STC_ISP下载器对程序进行烧录实现作品的设计，该设计中包括各种可实行方案的论证，软件设计以及硬件设计。要从无到有实现该系统的设计，不仅要经过理论可行性的分析，还需要对硬件的选取和焊接、软件程序的调试与烧录。三者结合才能实现本次设计的功能需求。具体研究工作概述如下：1、对现有智能

12、家居语音控制系统的设计思路和工作原理进行深入研究，并提出几种可行性的方案，包括对所需的主控芯片，显示器等相关器件进行选型和分析，再根据分析的结果挑选出最适合的实行方案。2、接着寻找更细节的相关手册，对选定的单片机和相关传感器进行工作原理上的研究，包括其硬件结构，软件驱动控制方式和内部资源以及数据计算公式等，可为后期的硬件原理图设计和程序编写做参考。2、采用AD绘图工具软件对本次设计的原理图进行绘制，并对采用的传感器进行封装的绘制，再导入到PCB中进行布局，而后对照画好的PCB图，利用电烙铁和焊锡、钳子等焊接工具进行实物的硬件焊接。3、在硬件部分焊接调试完成后，需要绘制单片机程序流程图，主要涉及

13、内容有主程序、模块子程序等，并在此基础上运用KEIL软件完成程序编写，实施调试和烧录。2 系统方案选择2.1 智能家居系统的总体设计市面上有很多种不同类型的智能家居语音控制系统，它们的功能也存在着差异之处。本课题设计的智能家具控制系统，是从实用的角度出发，比如电视机电灯等每天必用的家电，如能够用语音来控制它们的开关状态就会方便很多。第一步是完成语音指令的采集，这是建立在LD3320语音识别芯之上完成的，指令会在单片机作用下进行了合理的转变成为与之匹配的信号，来实施家具控制。此次系统设计过程中涉及了多个模块，具体有：液晶显示、单片机、继电器控制驱动、手动驱动、LD3320语音识别等。2.2 方案

14、选择 整个智能开关系统一共分为六个大部分，其中包括了语音识别芯片、STC89C52主控单片机、继电器控制驱动、复位电路、时钟电路。 整个系统的的框架如下图所示：图2-1 整体系统框图2.2.1 主控芯片的选择 方案一：STC89C52系列是基础入门级的芯片，具有8K的ROM用于放置程序和数据，256K的RAM用于存放缓存数据，内部具有21个专用寄存器、2个定时计数器、一个全双工串口用来程序下载和数据通讯，2个GPIO口数量，可配置输入输出等功能。它是市面上教程资料最为详细的芯片，使用Keil4软件用于程序仿真和下载调试，主要开发语言是C语言，是一款基础的入门芯片，整体较为简单比较适合刚入手的新

15、人。芯片主要应用于教学场合和性能要求不高的应用场景。方案二：STM32系列的芯片是一款进阶级的芯片，具有32位的Cortex-M3CPU芯片，支持最高工作在72Mhz的频率，在进行数据内容程序存储的过程中准备了512KFlash，同时还有64KSRAM存储器，内部最多达11个计数/定时器，至多112个GPIO，支持CAN BUS、SPI、Uart、I2C、I2S、USB等多种协议通讯。主要开发语言是C语言，是一款进阶级的芯片，整体有一定的门槛，适合已经入门的或者有一定开发经验的人，芯片主要应用于较为复杂的智能家居和消费级产品上，主要应用场景也是多样化。基于STC89C52芯片和STM32芯片的

16、性能对比，结合本设计的设计需求，STM32的性能更强，甚至有更多的资源余量，STC89C52的性能相对较弱，但是它可以满足本次设计的一些基本功能和要求，并且该芯片在开发难度上相对比较简单，开发时间相对也比较短，相对STM32芯片来讲，STC89C52芯片更适合本次设计。此外与目前市面上传统的8051内核单片机相比较，它的性能更好，工作速度也更快，另外，STC89C52不需要使用专用的编程器，也不需要专用的仿真，可直接在系统编程，使得单片的应用系统开发变得简单。2.2.2 语音芯片的选择语音识别芯片LD3320是通过外部电路与语音处理器共同组建的，举例来说有：麦克风接口、AD/DA转换等，在语音

17、识别核心引擎方面拥有目前市面上最为领先的技术，在语音识别和可操作方面有很大的优势，LD3320芯片是一款特制的语音识别芯片，故而纵然无Flash/RAM/AD条件，依然可以进行高准确度的识别，通过STC89C52单片机加以设置便可完成全部控制。现阶段LD3320已经在手机中得到了认可，进行了规模化的应用，由此可知在语音识别中它的总体优势极为突出2。它只要求一个单片机和它的语音系统并行相连,写入一个被识别的短语,就已经可以实现对其的语音监听。并且这些关键字的列表都是用户可以随时自己编辑的,非特定语音输入的意思就是,即使语音命令的发出者，他们无论是男是女，声音无论粗还是细，不论音色也不管音调的高低

18、，这些用户都不用接收语音培训，只要他们说出相同设置的关键词,语音芯片都可以识别得到，并且识别的准确率高达95%。2.2.3 液晶显示器的选择 在显示器方面，其与一般的小型数字二极管液晶显示和需要大型点阵式液晶显示的类型进行比较，LCD液晶显示器具备了某些较为突出的优势：（1）低耗能，无高温现象出现。（2）小体量，薄，体积仅为三分之一的CRT显示器体积。2（3）显示界面呈绿色，而且画面不会闪烁，从而可以保护使用者的眼睛不受伤害。因此液晶显示系统选择了LCD1602液晶屏。2.2.4 继电器模块的选择继电器是我们在生活中经常会用到的一种电控制器件，比如洗衣机等等一些家用电器都会用到继电器，它可以有

19、效防止电流过大而损害我们的电器，通俗意义上来说它就是我们可以利用较小电流来对大电流进行自动控制的一种自动开关,所以这种继电器在电路中主要扮演着自动电流调整、安全自动防护等重要角色。在此次课题的开展过程中为了进一步完成开关控制进而对单片机实施采用。保证主控单片机电压、语音识别芯片电压、电平控的电压三者统一，均设置为3.3V，我们的主要目标和初衷是希望将其广泛的在家庭智能这个领域投入使用，故而在设计中对交流继电器采纳。SRS-05VDC-SL是继电器中的一款，电压为5V，并可在高低电平中进行自由切换选择。这使得继电器和语音芯片在电压输出方面存在着一定的差异，故而进行了PNP型三极管的选取。其设置有

20、助于实现放大电压的效用。对直流30V/3A以及交流250V/3A做有效控制处理，运用于本设计中具备一定的合理性。综上，在开关模块中将选取SRS-05VDC-SL继电器。2.3 系统方案总结本文主要设计了一种基于智能家居的语音控制系统，在本系统中选取了 LD3320 语音识别芯片，利用主控单片机进而有效完成外部麦克风收集到的语音信号处理工作。首先对收集信号加以频谱分析，这是通过语音芯片LD3320 完成的，其次利用单片机进行语音特征识别并完成特征提取，完成收集所得的关键字同列表关键词的配对，确定其中最高得分的关键字，向单片机实施传送，再由该单片机自动进行数据处理,然后由单片机输出一个信号来驱动控

21、制一台继电器,再通过一个继电器驱动来控制开关,这样开关就可以同时实现大量的家用电器的自动控制,从而使系统实现了语音的智能化，硬件设计要求合理,软件设计要可行。测试结果表明,该语音控制系统在环境背景相对安静、说话者发音不模糊等前提条件下,能够智能响应语音命令,因此实现了预期的一些功能。3 系统主要硬件电路设计在此次系统设计的过程中，运用的主要硬件系统有：复位电路、时钟电路、电源语音识别系统等。对外部麦克风加以有效利用可以完成全部语音信号的采集工作，实施A/D转换，进而可成功识别声音信号，此外若想进行外部继电器开关的有效运用可实施外部继电器控制。辨认和识别声音指令,来自动产生外部控制信号,以及控制

22、外部继电器的驱动终端,以此为基础来自动控制外部继电器的驱动和操作。3.1 主控单片机电路与最小系统在本设计的方案论证和器件选型中，选用STC89C52芯片作为本作品的主控芯片和控制中心，STC89C52芯片内部集成了521M大小的内存用于存储程序和数据，系统的掉电数据保存功能就是通过对EEPROM内存写入数据防止系统掉电之后数据丢失。集成8K的闪存保证了系统的运行和计算，并且内部集成了STC89C51没有的看门狗功能。通过软件直接驱动驱动，实现程序跑飞或者程序异常之后系统进行自动复位功能，保证了系统异常后有一定的自动恢复的能力。STC89C52芯片内部集成了大量的功能电路，这样有效减轻了芯片外

23、部电路负担，做简化处理。在STC89C52芯片中仅仅运转晶振电路与复位电路即可，便可使得最小的系统加以工作。图3-1展示的单片机引脚图：图3-1 单片机内部资源框图最小系统的构成有：单片机及外围相关电路，51单片机最小系统的组成内容具体有：晶振、排阻、电源地。在STC89C52内晶振范围在8Mhz24Mhz，通常为了通信的串口校验准确率常使用11.0592mhz。起振电容在10pf到20pf之间即可，10k的排阻连接这单片机的P0口可改变该口的通信方式，由高阻态输入模式变成输入输出通用模式，具体的最小系统电路图如下图3-2所示图3-2 单片机最小系统3.2 语音控制部分3.2.1 语音识别原理

24、LD3320是一类声控芯片，且可以根据不同的人进行语音识别。其作用是语音识别，具备专业性。此芯片的组成较为多元，具体有语音识别处理器以及麦克风接口、AD、DA 转换器等外部电路。3纵然不存在RAM、Flash类似的外围辅助芯片，LD3320仍旧可以同自身产品进行集成操作，实现人机对话、语音识别及其他功能。在进行识别的过程中，可以进行候选句的设置，数量为50。主要发挥的效用是识别参考。设置的关键词长度应该在79个字节拼音版或者10个汉字内。对关键词的内容并没有做特殊的设定，在编辑方面和修改具备随意性。所以一个系统可以对不同的场景进行运用，保证工作电压稳定是3.3V。语音识别芯片内部电路图如图3-

25、2所示。3 LD3320内部的算法经过了优化，因此不仅速度快而且稳定，它不用连接外围的辅助存储设备如Flash和RAM等，与此同时用户无需率先进行录音操作，并不需要开展语音训练，就可以根据用户来进行非特定语音识别，总的来说，LD3320识别的准确率还是比较高的，稳定性也比较好图3-2 LD3320内部电路的逻辑框图 在本次课题的设计当中将单片机与语音识别芯片：STC89C52与LD3320两者进行连接，与此同时并设置10K电阻上拉。在进行地址段与数据段判别过程中将运用A0完成，分别把控制信号同中断返回信号进行连接，其中控制信号包括了：RDB、WRB、CSB、RSTB，中断返回信号包括了INTB

26、、STC89C52。为了进一步确保系统工作过程中，长期处于稳定状态，统一运用了10k电阻上拉。并保证识别芯片与单片机在进行外部时中的使用过程中两者一致。将RC电路同麦克风偏置MBS加以并接，进而使得给麦克风的浮动电压为同一个。对LD3320进行语音识别工作原理进行详细的分析，具体是：利用MIC完成声音信号输入，在此基础上实施频谱分析，就语音特征加以识别与提取。此后把关键词列表数据和特征信息实施匹配，确定最高关键词，并将其当做最后结果做输出处理，具体过程如图3-2所示：图3-2 LD3320语音识别原理图3.2.2 LD3320电路设计STC89C52单片机和语音识别芯片LD3320一起组成了L

27、D3320的基本应用电路，通过单片机可以有效完成寄存器的控制，基于此可以完成不同操作，比如：状态读取、标志设置、完成FIF0数据写入等。实施关键字编辑的过程中需要将关键词拼音串。在LD3320内设寄存器中完成设置，然后再通过单片机来控制寄存器来完成编辑。于MCU内置Flash内进行演示程序完整烧录，利用MCU对LD3320加以控制，进而推动语音识别工作可以全部实现。电源部分包括的内容有电源指示灯、陶瓷电容、10uF电容、21K电阻，并保证电压同LD3320实际所需一致为：3.3V。利用驻极体MIC以及麦克风来全程音频输入及输出操作。成功进行语音识别，让后续电路可以持续驱动，能将MCU串行口链接

28、不同模块。将LD3320同单片机P0端口8根线实施并行连接，同时将控制线与中断信号、复位信号加以连接，基于LD3320视角，其向单片机进行中断信号输出，而单片机又在完成接受后，进行复位信号的发出给LD3320。33.3 复位电路复位操作是计算启动过程中必要存在的，这样可以保证CPU处于一个初始状态，与此同时系统内的所有部件都为初始状态，在启动震荡器时，有不同的时钟周期高电平将出现在RST引脚中，进而促使单片机进行有效复位。通常情况下都会运用商店以及开关手动复位两种方式来实施单片机的复位操作。进行详细的阐述，上电复位指的是将单片机进行通电后，单片机便可立即进入复位状态，过程都为自行运转的。在图中

29、形成了微分电路，是由电阻R7、电容C1连同电源共同构成的，由于受到单片机效电阻作用，纵然在电路中不运用电阻，上电复位功能是依然存在的，图3-3展示的是具体的复位电路图。图 3-3复位电路单片机在接通电源的时候就能自动实现复位，若设置开关方可完成单片机自动复位操作。此时需保证单片机处于运行状态。在进行设置的过程中主要运用的手段是开关复位以及上电复位电路。在完成上电，由于电容C2会出现反向门作用并由于充电，故而RST可以在此后的一段期间中维持高电平。此外还有一类有效方法是对复位键K实施操作后松开，但使用这个方法的前提是单片机必须正在运行当中。这样一来就完成了上电以及开关复位的操作。复位电路的电容、

30、电阻的参考值分别为：Cl10uF，R11k C2104uF3.4 时钟电路时钟电路一切的工作量都是按照时间的顺序进行的，一般用来产生单片机工作所需要的必定信号，为了能在确保工作运行方式正确能顺利完成，以时序执行指令为依据展开工作，单片机稳定性及运行速度会直接受到时钟频率的影响。在本系统内运用的是内部时钟信号，此外还设有反向放大器为了进一步将扩大振荡器效用。引脚XTAL1以放大器输入端形式存在，而XTAL2则设为输出端，为获得自激振荡器，并保证其具备稳定性可以在两端进行陶瓷谐振器或片外石英晶体的设置。将此电路内的电容C1、C2设置为30pF上下，实施电容设置有助于振荡器发挥效用，具备一定频率调节

31、作用。倘若电容过小。那么一定程度上会使得振荡器频率出现一定的波动，与此同时不利于其维持稳定，保持快速。通常会进行晶振频率的设置，具体数值为22MHZ。晶振频率与运行速度成正比。外部时钟电路如图3-4所示。图3-4 STC89C52单片机外部时钟电路3.5 继电器电路 继电器是自动开关元件中的一类，具有隔离功能。发挥的效用集中为：电路转换、自动调节以及安全保护。 继电器一共有直流继电器以及交流继电器两类，此次设计中运用的是交流继电器。继电器在效用发挥的过程中可以完成对高电压、大电流的控制，而其本身仅为小电流与低电压即可。电路如图3-5所示 图3-5 继电器电路二极管、继电器、PNP型三极管以及1

32、K电阻共同组成了继电器电路，它与STC89C52单片机的1.5口相连接，其中二极管外接一个电灯来显示继电器的状工作态，同时二极管在电路中又起着保护的作用，而三极管则起着放大的作用，而放大的极限就是开关，因此该PNP三极管在电路中就充当了开关的作用。4 软件设计4.1 LD3320的软件设计4.1.1 编程模式一共有两种编程模式提供给我们选择，第一种是中断模式，就是单片机系统在收到某个触发以后，比如说我们启动了一个按键之后，在规定的时间段内对着语音识别芯片说出关键词并让其进行识别，如果超出了定时的时间，那么就需要我们重新启动按键才能够进行下一个识别；另一种则是轮询模式，就是单片机重复的自动启动语

33、音识别，在此过程内，若无人说话那么就不会存在识别结果，那么所有识别过程的定时结束以后就自动开启新的一轮识别过程，当有人说话的时候，它会根据说话内容识别出结果然后再启动下一个识别过程。因为本次设计的是智能语音控制系统，所谓智能，顾名思义当然就是越方便越实用越好，所以我们采用了更加符合设计要求的轮询模式而舍弃了中断模式。4.1.2 LD3320程序流程语音芯片LD3320的中断流程图如图4-1所示，它的功能就是处理那些识别出来关键词的非指定人的语音，我们把该芯片放在一个虚拟的环境中训练使用，在这个虚拟环境中，一般只用下达几个简单的短暂的口令就可以，但是如果用键盘或者鼠标输入一些指令用来代替口令的下

34、达，这样就不符合我们题目关键词“智能”的要求。所以我们选择使用语音芯片LD3320来对电路进行控制，把用户说出的关键词识别出来然后转换成串口信号传达给单片机，最终实现语音控制的要求。该方法基本上满足了语音控制的要求，但是也存在一些不足，比如语音识别的速度不够快，实时性也不太高，这些都还有待改进。以下为语音识别的具体流程：语音识别初始化。进行不同项目的设置，涉及内容有：模式时钟频率、FIF0还包括软复位，此后再进行芯片复位。芯片复位操作的实施主要是为了完成内部数据处理模块的激活。详细内容：在芯片RSTB处进行低电平发送，此后仅需完成片选CS实施地至高一次。编号与编号之间可以保持一致，并在连续性上

35、不作任何要求，但是数值不能超过256（00H-FFH)（3）接着设置几个有关的存储器就可以开始进行识别，ADC通道、ADC增益分别代表为麦克风输入通道以及麦克风音量，其中音量可进行范围设定，具体是40H-6FH，数值大小语音量成正比，反之麦克风的音量就越小，无论哪种情况，用户想要启动语音识别都必须离麦克风很近才行，同时，我们离麦克风越近，那么受到外界其他噪音的干扰的可能性就越小，因此识别的准确率也会相应的变高。（4）最后就是响应中断，一旦麦克风收集到了语音信号，就会开始识别信号，不论识别出的结果正确与否，都会做出一个中断响应，中断响应通过读取BA寄存器里的数值就知道有多少个候选答案，而最标准的

36、答案则在C5寄存器里，输出的结果是最为准确的。图4-1 语音芯片中断流程图4.2 寄存器的操作和功能芯片所有的操作均在寄存器内实施，其中读写共有4类，分别是并行以及串行SPI方式，同时其又分为软、硬两类。第46脚（MD）若与低电平进行连接的过程中，则运用此类方法。图4-2与图4-3展示的是读写时序。4.2.1 并行方式图4-2 并行方式写时序图4-3 并行方式读时序基于以上时序图，通过A0便可知道芯片数据是地址段或是数据段。若A0属于较高位置时，那么则代表地址段，处于较低位置时则表示数据段。要确保CSB*及WRB*在数据读写以及地址发送过程中均为有效的。4.2.2 串行SPI方式将第46脚（M

37、D）通过同高电平加以连接，并将相同的方式运用于接地与第42腿（SPIS*）内，图4-5与4-6展示的是写读时序图：图4-4 SPI方式写时序图4-5 SPI方式读时序4.2.3 寄存器的功能在集成电路内，寄存器在存储方面发挥着极为重要的效用，一般是通过触发器完成的。其中寄存器即可用于电路内部，又可以内外部接口形式存在。软件以及外部电均月无法实现对内部寄存器的访问，发挥的作用是进行存储以及电路时序要求实现同一。而内外部电路以及软件均可对以接口形式存在的寄存器加以访问，与此同时在读写速度方面，接口寄存器存在着较为突出优势，所以寄存器在数据传输方面有很好的表现。寄存器是系统获得操作资料的最快速途径。

38、寄存器有以下三个用途：1可将寄存器内的数据执行算术及逻辑运算2存于寄存器内的地址可用来指向内存的某个位置，即寻址3可以用来读写数据到电脑的周边设备。4.3 语音芯片关键词的设置语音识别芯片LD3320每次最多只能识别50个关键词，关键词的形式具有多样化的特征，词组、短句、单词均可能存在，同时也可以是汉字或拼音串，仅需保证拼音串在79个字节内，汉字控制在10个以内便可。从我们日常说话的情况考虑，我们一般讲话的时候会有停顿、打嗝等状况发生，且通常出现于第8个字处，上述情况极有可能会导致字符无法识别或错误识别，故而，要尽可能的保证关键词短小，若太过冗长并不可取。识别引擎在关键词内容方面并不作过多要求

39、，所有汉字字符串均可，例如歌名、命令等。而ASR不具备精准识别部分关键词，若存在关键词与列表不统一的情形时，也无法实现精准的识别。举例来说有：语气助词等。LD3320在进行语言识别的过程中可以对普通话进行作用，但在方言或英文的识别中并不具备很好的效用，就对中文识别加以分析，发现若关键词可以通过拼音的方式拼写出来，都可以输入给芯片进行识别并获得结果。4.4 单片机程序下载在进行程序开发时，编辑、编译以及下载是必要的存在。因为在STC系列单片机中存有ISP在线下载功能，故而仅仅需要在应用系统内完成PC机和ISP下载电路嵌入便可实施下载操作，详细步骤有：一：要保证单片机型号统一。二：开启文件，将所需

40、下载的程序进行编译，完成代码文件的生成，并保证扩展名是“.HEX”。三：确定串行口，在USB-RS232转换器帮助下加以转换。四：完成功能选择。五：下载，点击“Download/下载”按钮，保证单片机处于通电状态，下载程序，等待完成，进行用户程序自动运行。5 实物制作5.1 pcb电路板的制作流程Pcb电路板的制作主要包括以下一些步骤：（1）制作pcb板的首先但是同样重要的一步就是原理图的设计，此设计为了更好的完成原理图的绘制，采用了Altium Designer2015软件。在画图的过程中，一般的元器件都是可以在元件库中找到的，直接拖出来十分方便，但并不是原气库中存在所有元器件的，一旦缺失元

41、器件那便需要手工绘制。生成一个属于自己的元件库。画完原理图后，要对元器件进行编号，选择自动编号，然后再根据需要或者将错误的编号进行修改。（2）原理图的设计绘制工作基本完成以后就要对各个元器件都进行封装,从而才能制造和做出与各个元器件本身确实具有相同的结构外观和应用尺寸的一个网格,同样,部分元件的封装在我们pcb库中也找不到或者是有出入,如果是按键和开关等都在我的pcb库中也找不到,就要自己根据各个元件的真实尺寸大小以及其在原理图中引脚符号进行正确编号,做出正确的封装。在经过多次检查以后认为可以确定被正确封装以后,就正式生成了这个pcb啦。网络一旦生成以后,就要依照各个元器件在原理图中的位置，连

42、接关系，尺寸等因素来决定其应该放置什么样的元器件,同时我们还要充分考虑到这些元器件的安装位置空间与网络散热等一些问题,因此这些元器件既要将其放在一个适合的安装位置,又就需要特别注意如何保证每个网络元器件的连接导线之间不能互相发生交叉。布局是一个繁琐的工序，不仅要耐心更要细心，虽然软件给我们提供了自动布局的功能，但自动布局永远不是最佳的，往往我们都需要根据世纪情况手动调整。（3）下一个工作就是布线，布线就是在将各个元器件与主控单片机的引脚连接起来成一个整体，这个过程建议不要为了图方便而使用软件自带的自动布线功能来完成，因为如果受到我们元器件的放置的位置的影响，自动布线可能会一团糟出现重叠交叉的情

43、况，因此这一步还是要靠我们手动布线来完成。最后我们要进行DRC检查，检查的目的就是为了防止出现引线之间互相交叉重叠的这种现象。（4）转化pcb图使其以pdf格式存在，选用特制复写纸运用喷墨打印机来获得最终制成的pcb图，在此基础上实施铜板压紧操作，用热交换器加以热印，热印的时间一般把控在十分钟左右，时间过短或者过长都是不可取的，热印过后这样我们设计的原理图就会出现在铜板上。接下来一步就是显影，把铜板丢进提前准备好的电解质溶液中进行腐蚀，一旦墨迹外的所有地方均被腐蚀，便可取出铜板，接着用水把残留在铜板上的溶液清洗掉。（5）做打孔与焊接处理，这也意味着工序进入了尾声。以原理图为依据，在焊接工具的帮

44、助下在铜板上完成元器件焊接。为了更好的完成元器件放置，需要对相应位置实施凿孔机打孔，这一系列工作全部完成后再投入使用万用表检测各个元器件之间是否通电。5.2 系统调试对系统实施调试的过程有两个部分，分别是软件与硬件。实施硬件调试的过程中主要是为了完成硬件电路故障的排除，举例来说有设计错误；而开展软件调试是为了对程序中出现的错误和工艺上的故障加以及时掌握与处置，与此同时，还能够发现一些硬件故障。5.2.1 硬件调试单片机的硬件调试和软件调试紧密相关，在软件调试的时候往往都能发现硬件的错误和故障，但我们首先还是要排除一些较为明显的硬件错误。以下几类较为普遍： 1.逻辑错误。短路的发生最为频繁，此外

45、还有开路、错线等。 2.元器件失效。分析原因包括：元器件性能要求不符以及自有破损；组装问题，常见的有错误的集成块安装方向等。 3.可靠性相对较低。系统的可靠性下降可能是由于插件接触不良导致的。 4.供电系统故障。若样机内存有故障，在实施加电的情况下会使得元器件遭到破损，常见的电源故障有：功率不够、电压值与设计要求不匹配等。本次设计主要的调试内容如下：（1）焊接按键模块的过程中通过观察得知表面的线路是正常的。实际上器件间距之间由于焊锡的延伸性导致存在着短路问题，导致按下一个按键后有两个按键信号同时做出反应动作。解决方式是用万用板一一测量线路导通情况再进行观察进一步解决。（2）pcb布局是采用两层

46、板的画法，万用板焊接时线路绕不通，采用跳线的方式进行点对点焊接，但焊接时容易出现温度过高导致线皮破损导致跳线叠加。解决方式可采用多点跳线方式，在跳线时多焊接一个支撑点即可。（3）在硬件焊接结束后发现系统上电发现芯片出现发烫烧焦的味道，随后发现系统出现错误。这时候通过万用表检测线路发现芯片的电源和GND两个引脚出现了短路，这种短路是焊接过程的焊锡零碎导致的，肉眼上无法察觉。重新更换芯片，并且优化短路部分，建议在焊接完成后，最好测试一下每个线路的情况。5.2.2 软件调试软件调试主要是对数据的采集和输出控制，并且在数据的处理上应该得到一个准确的数据值，软件调试主要是用Keil软件对整个程序设计语言

47、进行编译和调试，确保用户在进行该软件运用的过程开发环境uVision具备简洁性，为集成环境，涉及内容有：连接器、C编辑器、仿真调试器，此外还有宏编辑器、库管理。11利用编、运行，能够完成错误的自行运转检查。软件调试过程中耐心是极为必要的，编译的失败可能仅仅因为较小的字符错误。还存在一类情况，在编译以及运行过程中并无差错发生，但是到了烧录步骤时运转失败，管脚以及时序编辑的失误是此类情况发生的一大诱因。在软件进行编译之后，将程序导入到电路中，在事先绘制好的电路图中进行仿真。软件的调试工作完成后,并不意味着硬件就有可能成功,由于在模拟仿真的软件中,元件的时序和实物也并不是完全吻合的,它们之间也存在着

48、时序上的差别,因此,软件的调试仅仅是我们可以做为判断程序逻辑是否正确性的一个依据和参考,具体在时序上遇到的问题,还是必须在其他硬件的调试中进一步加以修改。信号的传输指令数据与单片机接收的指令存在解析的误差，一般采用单个字符或者数字进作为控制的指令，不然在单片机解析过程容易出现解析错误的现象。此外程序烧录时,普通烧录软件始终超时或检测不到芯片，经过更换单片机型号和更换com口以及更换波特率依然烧录失败，经过老师指导才了解到win10系统对该型号的软件适配性差导致，随后更换stc_isp烧录软件即可正常烧录测试。软件调试主要是针对程序上的bug和逻辑上进行不断的调节测试，以保证各个应用之间正常工作

49、且互不干扰。总 结这次智能家居语音控制系统的设计我选用的是单片机，因为在此之前有学习过单片机的相关内容，所以做起来不算特别的困难，特别是在大二的时候，在吴老师在指导下我们自己动手做了pcb板的流水灯，所以使我有了一定的基础。通过这段时间的学习，从选题目到查资料再到写论文再到做实物，这些都使我的理论知识的学习得到了提高，编辑论文也使我对word的运用更加熟练。同时对单片机的认识更加全面，对语音识别芯片从一开始的一无所知到后来逐渐的了解，此外我还学到了如何使用互联网工具，互联网是许多资源的宝库，如果在这个本科项目中没有互联网，我可能无法完成这个任务，所以我们要擅长使用互联网工具去查阅资料。总的来说

50、一些基本的功能还是得到了满足，但是由于自身的能力有限，还是存在着很多的缺陷和不足，比如语音识别不够灵敏，有时需要连续说很多遍关键词才能识别得到，甚至有时候不能识别到关键词，其次就是功能过于单一，如果真的要运用到实际生活中去的话，这些功能是远远不够的，而这些缺陷反而不会让智能家居更加便捷，同时系统的完全性也要改善。总之，在完成这个毕业设计项目之后，我深刻地认识到，为了完成一项任务，首先最起码的是需要指定一个详细的计划，一种思维方式和系统的方法。然后按照计划一步步的来实现，要把握住时间，其次就是要有耐心，善于使用现有的资源;在实践中发现和解决问题，同时相信我们有能力解决问题。参考文献：1 王爱芸.

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