虞盛康，譚屹峰，陳耀君，種明賢

（東南大學(xué)成賢學(xué)院，江蘇南京，210000）

0 引言

在日常的生活中，人們離不開(kāi)電梯這種便捷的交通工具，而要想使用電梯，就不得不需要接觸控制電梯的按鈕，這也為病毒的傳播提供了途徑，而且就算人們使用一次性物品阻隔與按鈕的直接接觸，那也是在消耗大量的資源。本文查閱相關(guān)的資料文獻(xiàn)后，希望設(shè)計(jì)出一種語(yǔ)音識(shí)別控制系統(tǒng)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的按鈕控制系統(tǒng) ，并能夠有效的減少病毒的傳播，而且也更加的便捷。該項(xiàng)目是通過(guò)語(yǔ)音控制系統(tǒng)接收人的聲音再發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行控制，主要用于切斷病毒的傳播的一種途徑，為人們的出行安全做保障。

1 電梯簡(jiǎn)介

在古代的時(shí)候，人們就能夠制造和使用一些升降工具來(lái)輔助人們搬運(yùn)和運(yùn)送貨物，而在以后的日子里，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者也在不斷地改進(jìn)技術(shù)，讓這種升降工具更好的為人們服務(wù)。1889年，電氣工程技術(shù)的驅(qū)動(dòng)，真正意義上實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代實(shí)用意義的電梯，并在不斷地進(jìn)行著革新創(chuàng)造，不斷的將當(dāng)時(shí)的最新技術(shù)與電梯相結(jié)合，創(chuàng)造出更加便捷的電梯。

作為現(xiàn)代生活中必不可少的一部分，電梯的后續(xù)發(fā)展也是需要好好考慮的，而電梯的后續(xù)發(fā)展離不開(kāi)這幾個(gè)方面：綠色化、低能化、智能化。綠色化的核心概念是電梯發(fā)展的當(dāng)前和未來(lái)的大趨勢(shì)，主要還是要生產(chǎn)出綠色、環(huán)保、污染少的高質(zhì)量的原材料。低能耗不僅僅是降低消耗的能源，還要回收溢出的能量。智能化的發(fā)展就需要將電梯與現(xiàn)當(dāng)代技術(shù)相結(jié)合，更加智能。

2 硬件設(shè)計(jì)部分

硬件部分的設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)模塊：電源模塊，語(yǔ)音識(shí)別模塊，顯示屏模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。除電源模塊的其他模塊都由單片機(jī)控制，根據(jù)語(yǔ)音識(shí)別模塊的設(shè)定，收集語(yǔ)音的喚醒詞和關(guān)鍵詞，然后輸出給單片機(jī)，根據(jù)單片機(jī)設(shè)定的模塊來(lái)開(kāi)啟顯示屏模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊帶動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，以模仿電梯的運(yùn)行。硬件整體框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

2.1 電源模塊

電源模塊使用的是XL6009DC-DC升壓可調(diào)穩(wěn)壓電源模塊，這是一款4A開(kāi)關(guān)電流的高性能升壓模塊，且使用XL6009E1為核心芯片，成本降低，性能提升，其部分技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 電源模塊技術(shù)參數(shù)表格

輸入范圍 3V～32V輸出范圍 5V～40V輸入電流 峰值4A，空載18mA轉(zhuǎn)換效率 ＜94%開(kāi)關(guān)頻率 400KHz輸出波紋 50mV負(fù)載調(diào)整率 ±0.5%電壓調(diào)整率 ±0.5%工作溫度 -40℃～+85℃外形尺寸 43*21*14mm（長(zhǎng)*寬*高）

2.2 語(yǔ)音識(shí)別模塊

語(yǔ)音識(shí)別模塊主要用的是LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊，主要的功能就是收集語(yǔ)音信息，由喚醒詞喚醒模塊工作，然后將收集到的信息傳輸給單片機(jī)，讓單片機(jī)進(jìn)行內(nèi)部處理，再傳輸給其他模塊。LD3320語(yǔ)音識(shí)別芯片采用ASR技術(shù)，可以脫離各種接觸，憑借聲音就可以 使人們對(duì)一些應(yīng)用該模塊的器件的操作更加的簡(jiǎn)單，快捷。

2.3 顯示屏模塊

顯示屏模塊主要是2.8寸TFT LCD顯示屏，主要進(jìn)行的是顯示電梯的樓層數(shù)、開(kāi)關(guān)門(mén)的狀態(tài)以及上下行的狀態(tài)，在語(yǔ)音模塊工作后，由單片機(jī)將接收到的信號(hào)處理后傳輸給顯示屏顯示。LCD顯示屏的驅(qū)動(dòng)電壓是2.8V，供電電壓是3.2V。

2.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊使用的是42步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制器，42步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移或線位移的開(kāi)環(huán)控制器件，在沒(méi)有超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，不會(huì)受到負(fù)載的影響，而且步進(jìn)電機(jī)是周期性的誤差，沒(méi)有累積的誤差，就使得控制變量非常的簡(jiǎn)便。

3 軟件設(shè)計(jì)部分

軟件部分的設(shè)計(jì)就是基于硬件部分的設(shè)計(jì)理念，而且比硬件部分的設(shè)計(jì)更加的清楚，主要還是要看軟件代碼的編寫(xiě)，所有的模塊都是與單片機(jī)相連的，都是利用的單片機(jī)的處理信息的能力，利用程序的控制，節(jié)省了成本，也加大了代碼編寫(xiě)的難度。軟件設(shè)計(jì)的流程圖如圖2所示。

圖2 軟件部分流程圖

開(kāi)始通電后，先是全體初始化，然后語(yǔ)音識(shí)別模塊打開(kāi)，準(zhǔn)備接收語(yǔ)音信號(hào)，當(dāng)有人說(shuō)出喚醒詞時(shí)，語(yǔ)音識(shí)別模塊開(kāi)始識(shí)別接下來(lái)的語(yǔ)音信息，直到識(shí)別出所設(shè)定的關(guān)鍵詞，語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)才會(huì)將信號(hào)反饋給單片機(jī)。

顯示屏模塊也是由單片機(jī)所控制的，當(dāng)開(kāi)始通電的時(shí)候，顯示屏也是先初始化，然后顯示的是幾個(gè)區(qū)域的最初的狀態(tài)，且默認(rèn)最初的時(shí)候是一樓。樓層顯示區(qū)域是六個(gè)橫向排列的方框，上下行顯示區(qū)域是兩個(gè)豎向排列的方框，當(dāng)語(yǔ)音識(shí)別模塊識(shí)別到喚醒詞和關(guān)鍵詞之后，將信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)所設(shè)定的程序?qū)⑿盘?hào)傳輸給顯示屏，然后顯示屏中的樓層顯示區(qū)域會(huì)顯示要去往的樓層，上下行顯示區(qū)域會(huì)根據(jù)當(dāng)前所在樓層和要去往的樓層之間的上下關(guān)系，通過(guò)點(diǎn)亮豎向排列的兩個(gè)方框中的一個(gè)來(lái)表示上行還是下行。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊也是由單片機(jī)控制的，單片機(jī)接收到語(yǔ)音識(shí)別模塊所發(fā)送的信息信號(hào)后，根據(jù)所設(shè)定的程序，判斷電機(jī)是應(yīng)該順時(shí)針旋轉(zhuǎn)還是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，以此來(lái)模仿電梯的上下行。通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，使電機(jī)能夠與單片機(jī)連接在一起。

4 總結(jié)

本文主要介紹的是基于語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的電梯樓層選擇裝置，相比于傳統(tǒng)的按鈕式的電梯，這一種的電梯樓層選擇裝置能夠讓人們可以零接觸的乘坐電梯，并且在疫情的大背景下，能夠有效的減少病毒的傳播途徑。目前，科大訊飛的無(wú)接觸語(yǔ)音交互式的電梯就曾在一些工廠安裝實(shí)踐過(guò)。所以我們的設(shè)計(jì)目的也是想用單片機(jī)來(lái)模擬還原語(yǔ)音電梯的功能。