楊銀住 郭春鳳 王鳳超 鄧雪蓮 李威 李永沖 李科

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2101-5640-3224

摘? 要：具有高識(shí)別性、便捷和節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)的智能語音燈已經(jīng)成為智能家居中的重要設(shè)備，本文基于HLK-V20模塊設(shè)計(jì)了LED智能語音燈，具有功能多、成本低的優(yōu)點(diǎn)。以HLK-V20離線語音識(shí)別模塊為控制中心，設(shè)計(jì)控制指令，設(shè)計(jì)了智能語音燈的開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)、定時(shí)開關(guān)等功能，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)全部設(shè)計(jì)功能。

關(guān)鍵詞：LED? 智能語音燈? HLK-V20模塊? 智能化。

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2021）03（c）-0001-3

Design of LED Intelligent Voice Lamp Based on HLK-V20 Module

YANG Yinzhu? GUO Chunfeng? WANG Fengchao? DENG Xuelian? LI Wei

LI Yongchong? LI Ke

（College of Science， Shanghai Institute of Technology，F(xiàn)engxian District， Shanghai， 201418 China）

Abstract： Intelligent voice lamp with high recognition， convenience and energy-saving and environmental protection has become an important device in smart home. This paper designs LED intelligent voice lamp based on HLK-V20 module. Taking Hlk-v20 off-line speech recognition module as the Control Center and designing control instructions， the functions of intelligent voice lamp such as switch， brightness adjustment and timing switch are designed. Led intelligent voice lamp based on HLK-V20 module has the advantages of multi-function and low cost.

Key Words： LED; Intelligent voice lamp; HLK-V20 module; Intellectualization

20世紀(jì)60年代初，英國人Denes等人成功研究出了第一個(gè)計(jì)算機(jī)語音識(shí)別系統(tǒng)后，語音識(shí)別開始出現(xiàn)在人們視野中，由于資源和條件的限制，直到90年代語音識(shí)別技術(shù)的興起，國內(nèi)才出現(xiàn)研究領(lǐng)域的熱潮。隨著智能家居的不斷發(fā)展，家居的每個(gè)系列都衍生出許許多多的行業(yè)，然而LED智能語音燈尚未得到充分開發(fā)。一方面由于LED的出現(xiàn)較晚，智能化這一概念對(duì)于它來說相對(duì)滯后;另一方面是由于國內(nèi)的語音智能識(shí)別技術(shù)發(fā)展緩慢，不能在許多行業(yè)上推廣。到2016年，語音識(shí)別與LED結(jié)合使智能語音燈正式步入發(fā)展。

LED智能語音燈的傳輸方式從手機(jī)藍(lán)牙控制、無線連接傳輸?shù)紸PP控制，語音模塊的選用大部分是LD3320模塊。相比于LD3320模塊，HLK-V20模塊有很多的優(yōu)勢，在控制方面它可以不依賴于單片機(jī)在模塊內(nèi)部完成控制過程;在使用場合有高識(shí)別率，多指令輸入的優(yōu)點(diǎn);在成本方面選用LD3320語音識(shí)別模塊的成本價(jià)格在40-60元，而選用HLK-V20模塊的成本價(jià)格在8-15元，相比之下選用HLK-V20模塊設(shè)計(jì)LED智能語音燈在成本上要少很多;在非特定語音指令輸入方面，LD3320模塊可支持50條語音指令，而HLK-V20模塊輸入的語音指令可達(dá)150條，語音指令的增加將決定智能語音燈有更多的場合適用。在LED智能語音燈這個(gè)領(lǐng)域，如果想讓智能語音燈更加普及，選用HLK-V20模塊來設(shè)計(jì)在目前來看這是一個(gè)很好的選擇，所具有的優(yōu)勢讓足以它在一些合適的場合可以廣泛的應(yīng)用。

1? HLK-V20語音識(shí)別模塊

對(duì)于離線語音識(shí)別智能燈而言，最核心的部分就是語音識(shí)別模塊，要具有低成本，高識(shí)別的優(yōu)勢[1]。HLK-V20是海凌科電子針對(duì)大量純離線控制場景和產(chǎn)品最新推出的高性能純離線語音識(shí)別模塊，可廣泛且快速的應(yīng)用于智能家居、各類智能小家電、玩具、燈具、工業(yè)、醫(yī)療、 物聯(lián)網(wǎng)、汽車、安防與照明等需要語音操控的產(chǎn)品。模塊采用采用32bit RSIC架構(gòu)內(nèi)核，并加入了專門對(duì)信號(hào)處理和語音識(shí)別所需要的DSP指令，同時(shí)支持浮點(diǎn)運(yùn)算的FPU運(yùn)算單元，以及FFT加速器，提高了對(duì)語音識(shí)別的速度與準(zhǔn)確率[2]。

HLK-V20模塊由麥克風(fēng)，揚(yáng)聲器，以及最重要的集成電路模塊構(gòu)成。外界聲音傳過來，麥克風(fēng)接收語音信號(hào)后，將語音信號(hào)傳給集成板，集成板里面有輸入的固定指令。當(dāng)外界信號(hào)傳入到麥克風(fēng)，語音模塊識(shí)別語音指令后通過串口輸出協(xié)議數(shù)據(jù)，MCU端串口接收語音模塊串口數(shù)據(jù)后進(jìn)行處理。HLK-V20模塊具有的功能如圖1 HLK-V20模塊系統(tǒng)功能框圖：

2? LED智能語音燈設(shè)計(jì)方案

2.1 LED智能語音燈語音指令對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)：

本次基于HLK-V20模塊設(shè)計(jì)的LED智能語音燈，設(shè)計(jì)的LED智能燈需要實(shí)現(xiàn)人聲控制燈的開關(guān)，同時(shí)也改變燈的亮度，改變燈的顏色[3]。確定好燈的功能之后，進(jìn)行對(duì)HLK-V20模塊的功能進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，用語音指令“請開燈 請關(guān)燈”來控制燈的亮與滅， “增加亮度”和“減少亮度”來改變的亮度， LED燈有三種顏色，分別為“白燈＼暖白＼紅燈”。HLK-V20模塊內(nèi)置了RC 12MHz時(shí)鐘源和PLL鎖相環(huán)時(shí)鐘源，這一個(gè)功能的加入，在家具燈照明上可以與鬧鐘結(jié)合使用，在晚上睡覺的時(shí)候，使用語音指令“定時(shí)八小時(shí)后開燈”，在第二天鬧鐘響的時(shí)候，燈會(huì)打開，催促人們起床。該智能語音燈的定時(shí)關(guān)閉功能通過定時(shí)關(guān)燈不僅方便了那些依賴燈光入睡的人群 ，同時(shí)也節(jié)約了用電量[4]。對(duì)于這些功能在LK-V20模塊所對(duì)應(yīng)的串口協(xié)議預(yù)備設(shè)如表1 LED智能語音燈語音指令設(shè)計(jì)：

2.2 HLK-V20 模塊在LED智能語音燈中的連接

整個(gè)控制過程由硬件控制完成，一定程度上擺脫了軟件的限制，只有在寫入語音指令時(shí)需要軟件的加持。LED智能語音燈的設(shè)計(jì)由HLK-V20模塊，麥克風(fēng)，喇叭，LED燈構(gòu)成。在設(shè)計(jì)智能LED燈時(shí)，需要設(shè)計(jì)好它所具有的功能，需要設(shè)計(jì)指令來實(shí)現(xiàn)[5]。

LED智能語音燈將HLK-V20模塊作為核心，在HLK-V20模塊中寫入指令程序，構(gòu)成特定的語音指令。同時(shí)外部連接開關(guān)，麥克風(fēng)，揚(yáng)聲器，LED燈，將LED燈連接到B6腳上，將開關(guān)接到B2引腳，麥克風(fēng)接到MIC接口，揚(yáng)聲器接到SPK接口，LED具有調(diào)節(jié)不同亮度的控制線接到B7引腳，LED燈板的PWM端口連接到HLK-V20模塊的PWM接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)燈的顏色調(diào)節(jié)，USB接口輸入電源完成整個(gè)電路的連接，同時(shí)外部要連接驅(qū)動(dòng)電源來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用[5]。

2.3 LED燈板的設(shè)計(jì)

LED燈板分別由白光、暖白色、紅色各三個(gè)功率為2.5W的燈珠組成，因?yàn)長ED不能直接接220v，所以需要外接一個(gè)驅(qū)動(dòng)電源，型號(hào)為：LYFGL-（8-24）*3w，輸入AC165-260V，輸出DC：24-88V。燈板上有I/O接口，將其接到HLK-V20模塊的對(duì)應(yīng)引腳，LED燈板的PWM端口對(duì)應(yīng)接到語音識(shí)別模塊的，通過PWM調(diào)光改變燈的亮度[3]。

2.4 LED智能語音燈的效果

將LED的開關(guān)接到B2引腳，將燈的亮度檔連接到B7引腳，燈顏色檔連接到A27引腳上，同時(shí)將麥克風(fēng)接到MIC接口，因?yàn)樾枰Z音交互，所以在SPK引腳上接了喇叭，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互的功能。整個(gè)過程控制原理如圖2 控制原理圖：

在通電情況下，首先使用喚醒語音指令“小科、小科”，當(dāng)LED智能語音燈收到相應(yīng)的指令時(shí)會(huì)回復(fù)“我在”的交互語音，之后可以用“打開燈光、關(guān)閉燈光、增加亮度、減少亮度、白色燈光、暖白燈光、紅色燈光”的語音指令來控制，HLK-V20模塊會(huì)根據(jù)所接收的指令來觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)燈具的控制與調(diào)節(jié)[6]。

3? LED語音智能燈的發(fā)展前景

未來的社會(huì)發(fā)展將更傾向于環(huán)保，節(jié)能，便捷的優(yōu)勢，智能化的設(shè)計(jì)更能充分將這些舉措落到實(shí)處。光污染的問題也比較嚴(yán)重，然而，大部分的景觀都利用燈光的裝飾，因此在智能化與人性化設(shè)計(jì)這一方面上就顯得更加重要[7]。在適當(dāng)?shù)膱龊细鶕?jù)需求來改變光的亮度與顏色，并不需要依托其他程序的支持，在這個(gè)設(shè)計(jì)上，基于HLK-V20模塊設(shè)計(jì)的LED智能語音燈將會(huì)在未來的發(fā)展與應(yīng)用中起到舉足輕重的作用，小眾化的產(chǎn)品以及特定的場合都將會(huì)采用以這個(gè)設(shè)計(jì)來開發(fā)智能燈具。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展與升級(jí)，傳統(tǒng)的離線識(shí)別模塊也得到發(fā)展與創(chuàng)新，但是，HLK-V20模塊在目前的LED智能語音燈中的應(yīng)用較少。隨著5G時(shí)代的到來，基于APP的LED智能語音識(shí)別燈將會(huì)飛速發(fā)展，為用戶提供更便利，更智能化，更人性化的產(chǎn)品體驗(yàn)。在未來也可能會(huì)有許許多多其他智能燈的出現(xiàn)，但是從過去幾年的發(fā)展與當(dāng)今狀況來看，HLK-V20模塊仍然有著難以替代性的地方，相信在未來也會(huì)有不斷的更新迭代。此外，LED智能語音燈在向更環(huán)保、更智能、更簡單、更高效化的方向發(fā)展。

4? 結(jié)語

本文通過對(duì)常用語音識(shí)別模塊的功能對(duì)比分析，選出低成本、高識(shí)別的HLK-V20語音識(shí)別模塊，基于HLK-V20模塊設(shè)計(jì)了LED智能語音識(shí)別燈，先設(shè)定語音指令，通過程序?qū)⒅噶顚懭際LK-V20模塊，設(shè)置好語音指令在HLK-V20模塊輸出的引腳，將LED燈板在對(duì)應(yīng)引腳連接，當(dāng)麥克風(fēng)接收到外界的語音之后，HLK-V20語音識(shí)別模塊將輸出指令，LED燈板將會(huì)做出指令下的變化?；贖LK-V20模塊的LED智能語音燈的設(shè)計(jì)成本適中，可以完成實(shí)際應(yīng)用中的大部分場合的需求，在LED智能語音燈未來發(fā)展有著的廣闊的應(yīng)用前景。

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