牟曉東

在很多的開源硬件編程創(chuàng)客作品中都會用到“語音識別”控制功能，比如通過“小度小度”等喚醒詞來實現語音命令的喚醒與傳送，目前大部分的語音識別功能都離不開網絡支持（像百度智能云）。其實，我們還可以通過離線語音模塊（比如好好搭搭的ASR-THREE）來實現語音識別，優(yōu)點是響應速度非?？?，而且支持中英文甚至是方言語音命令的訓練學習與應用。如果想要設計制作一個Arduino“聲控門”，用戶通過發(fā)出“請開門！”、“請關門！”的語音指令來控制舵機進行開關門的動作，如何來實現呢？

1.實驗裝置及連接

實驗裝置包括Arduino UNO開發(fā)板一塊，ASR-THREE離線語音模塊一個，SG90舵機一個，紅色、綠色LED燈各一支，小型面包板一個，各種顏色的杜邦線若干。

首先，通過紅色和黑色兩根杜邦線，將Arduino的5V和GND端分別連接至面包板的側邊（標注有“+”紅色和“-”藍色長線）;接著，將ASR-THREE離線語音模塊的V（電源正極）和G（接地端）連接至面包板的電源正極和負極，再將S（Signal）信號端連接至Arduino的3號引腳;然后，將SG90舵機的電源正極和接地端同樣也連接至面包板的電源正極和負極，再將信號端連接至Arduino的10號引腳;最后，將紅色和綠色LED燈的負極（“短腿”）均插入面包板的負極，正極（“長腿”）則分別通過杜邦線連接至Arduino的13號和12號引腳（如圖1）。

2.訓練ASR-THREE離線語音模塊“學習命令詞”

默認情況下，ASR-THREE離線語音模塊提供了50多條包括“學習命令”、“喚醒詞”和“命令詞”在內的語音指令，每條語音指令均對應一個十進制的ID號，比如命令詞“打開燈光”的ID號是70、“減小音量”的ID號是104等等。由于在設計制作的Arduino“聲控門”項目中需要的語音命令詞是“請開門！”和“請關門！”，因此需要進行自定義訓練ASR-THREE離線語音模塊進行“學習”，方法如下：

將Arduino的數據線連接至電腦的USB接口，很快就有“歡迎使用語音識別助手！”的語音提示;接著，對著離線語音模塊的麥克風說出任意一條喚醒詞——比如“智能管家”，離線語音模塊回答“我在呢！”;再說：“學習命令詞”，回答：“學習狀態(tài)中，保持安靜，請按提示學習命令詞，請說出第一條要學習的指令”，再說：“請開門！”，回答：“學習成功，請再說一次”;按照提示，最終完成該語音指令命令詞的訓練學習。同樣的操作，再訓練完成對“請關門！”語音指令的學習，對應的ID號分別是53和54（如圖2）。

3.方法一：在Arduino IDE中進行代碼編程

（1）導入庫與setup（）函數初始化操作

為了進行串口數據傳輸及控制舵機的操作，需要先通過“#include ”和“#include ”兩個語句導入對應的庫;接著，通過SoftwareSerial類的構造函數來指定軟串口的RX和TX引腳分別是3和6：“SoftwareSerial mySerial（3，6）”;再分別將紅色、綠色LED的引腳號進行定義：“int RedLED = 13”、“int GreenLED = 12”;然后，通過“Servo myservo”語句來創(chuàng)建舵機對象，并且建立變量pos來初始化舵機的角度值為0：“int pos = 0”。

在setup（）函數中，先設置串口通訊的波特率為115200：“mySerial.begin（115200）”;再將兩支LED燈的工作模式設置為輸出：“pinMode（RedLED，OUTPUT）”、“pinMode（GreenLED，OUTPUT）”;最后，聲明舵機的數據線連接在Arduino的10號引腳：“myservo.attach（10）”（如圖3）。

（2）編寫open_door（）和close_door（）函數

先來編寫open_door（）“開門”函數：當收到“請開門！”語音指令時，首先控制紅色LED燈亮：“digitalWrite（RedLED，HIGH）”;然后，通過一個for（）循環(huán)結構（“for（pos=0;pos<=90;pos+=1）”）來實現舵機的旋轉角度由0°逐漸遞增為90°：“myservo.write（pos）”，并且在每次旋轉增加1°后進行20毫秒的延時：“delay（20）”;最后，控制紅色LED燈熄滅、綠色LED燈發(fā)光：“digitalWrite（RedLED，LOW）”、“digitalWrite（GreenLED，HIGH）”。

接著，編寫close_door（）“關門”函數，與open_door（）函數非常類似，比如for（）循環(huán)控制舵機由90°旋轉恢復至0°（“for（pos=90;pos>=0;pos-=1）”）、控制紅色和綠色LED燈的亮或滅，等等（如圖4）。

（3）編寫loop（）主函數及Arduino“聲控門”的測試

loop（）主函數非常簡單，通過if（）語句來判斷串口是否有新數據產生：“if （mySerial.available（） > 0）”;如果有新數據產生，說明收到了某條語音指令，通過switch多分支結構（“switch （mySerial.read（））”）來對語音指令的對應ID號進行判斷——如果ID號是53，說明收到的語音指令是“請開門！”，則執(zhí)行open_door（）函數;如果ID號是54，說明收到的語音指令是“請關門！”，則執(zhí)行close_door（）函數。

將程序保存為Sound_Door.ino，上傳至Arduino進行測試。先通過“智能管家”喚醒詞進行喚醒，再發(fā)出“請開門！”語音指令，紅色LED燈亮、舵機由0°旋轉至90°、紅色LED燈熄滅、綠色LED燈發(fā)光;接著再發(fā)出“請關門！”語音指令，綠色LED熄滅、紅色LED燈發(fā)光、舵機由90°旋轉至0°、紅色LED燈熄滅;反復測試，均能實現語音指令控制舵機正反轉開關門的功能（如圖5）。

4.方法二：在Mind+中進行圖形化編程

啟動Mind+，首先點擊“擴展”按鈕進行主控板中“Arduino Uno”、執(zhí)行器中“舵機模塊”和用戶庫中“離線語音識別模塊”的添加;點擊“返回”按鈕后開始圖形化的編程：

同樣也是先編寫“開門”和“關門”兩個函數，包括紅色和綠色LED燈的開關及舵機的旋轉控制;然后再進行主程序的編寫，包括語音識別的初始化和串口波特率的設置，同樣也是在循環(huán)結構中先進行語音識別是否有數據可讀的判斷，然后通過變量Order_ID來存儲語音識別的讀取數據并判斷其數值——如果是53，則調用執(zhí)行“開門”函數;如果是54，則調用執(zhí)行“關門”函數（如圖6）。

將程序保存為Arduino“聲控門”.sb3，點擊“連接設備”后再進行程序的上傳測試，效果與使用Arduino IDE進行代碼編程的測試一致。