[畢設(shè)]基于STM32的語音識別智能藍(lán)牙音箱設(shè)計

原理圖：Altium Designer

程序編譯器：keil4/keil 5

編程語言：C語言

設(shè)計編號：Y002

設(shè)計說明：

本設(shè)計制作了以藍(lán)牙接收模塊，語音識別和STM32單片機(jī)為核心的藍(lán)牙音箱。實(shí)現(xiàn)的具體要求如下：

1.語音識別：

采用基于自動語音識別技術(shù)的LD3320語音識別方案，調(diào)試語音模塊識別本課題所需要的特定詞匯。通過主控芯片STM32F103C8T6與語音識別模塊LD-V7進(jìn)行串口通信，主控芯片接收到串口關(guān)鍵字拼音后處理該消息命令。本課題需要的關(guān)鍵字包括：喚醒詞、上一首、下一首、大聲點(diǎn)、小聲點(diǎn)、暫停、播放。

2.按鍵控制：

在不方便語音的情況下，可以采用按鍵來控制音箱。本課題選用JDY-64音頻接收模塊，該模塊集成SD卡功能，支持按鍵控制。需要根據(jù)原廠手冊提供的試用手冊設(shè)計外圍電路實(shí)現(xiàn)。

3.音頻接收：

本課題選用的JDY-64 藍(lán)牙模塊，將模塊接入應(yīng)用產(chǎn)品，就可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)電腦等智能設(shè)備的無線音樂傳輸，該模塊采用藍(lán)牙4.2版本，支持HFPV1.7、A2DPV1.2、 AVRCPV1.5、 AVCTPV1.2、AVDTPV1.2藍(lán)牙協(xié)議，能夠接收不同設(shè)備的音頻信號，滿足日常使用要求。

4.音箱的制作和調(diào)試：

采用D類功放處理芯片PAM8403，該芯片支持雙聲道功放，輸出功率為3瓦特，能夠直接驅(qū)動喇叭，支持藍(lán)牙接收模塊。喇叭采用市面上常見的3瓦特功率小音箱。

原理圖

該藍(lán)牙音箱采用模塊化設(shè)計思路，將硬件部分拆分為四大模塊進(jìn)行設(shè)計。四大模塊包括電源供電模塊、藍(lán)牙音頻接收、STM32f103C8T6單片機(jī)控制模塊、語音識別模塊等幾部分。系統(tǒng)工作原理框圖如圖 2.1所示。

系統(tǒng)的工作原理：通過藍(lán)牙模塊接收來自其他藍(lán)牙設(shè)備如電腦，手機(jī)的音頻信號，接收到的信號輸出到PAM8403，信號放大輸出到3W功率的喇叭，構(gòu)成普通的藍(lán)牙音箱。同時，語音識別模塊的麥克風(fēng)采集到聲音后通過串口通信觸發(fā)STM32單片機(jī)串口中斷，接收到語音信息后，單片機(jī)對預(yù)設(shè)的關(guān)鍵詞逐個對比，執(zhí)行相應(yīng)的動作，完成如音量加減，切換上一首下一首，暫停播放。以此構(gòu)成一個語音識別的智能藍(lán)牙音箱。其中的核心模塊是藍(lán)牙接收模塊，語音識別模塊和STM32單片機(jī)。

各模塊的功能如下：

a) 供電模塊：輸出5V和3.3V的穩(wěn)壓電源，給系統(tǒng)其它模塊供電。

b) 藍(lán)牙接收模塊：接收目標(biāo)設(shè)備的藍(lán)牙音頻信號，提供給音頻運(yùn)算放大電路。

c) 音頻放大模塊：將輸入的音頻信號放大，輸出到3W喇叭。

d) STM32控制模塊：系統(tǒng)工作核心，主要協(xié)調(diào)模塊正常工作。

e) 按鍵模塊：通過按鍵控制播放下一曲上一曲，音量的大小和停止播放。

PCB圖

源程序

程序主流程圖

主函數(shù)

int main(void)
{	
	 delay_init();	    	 //延時函數(shù)初始化	  
	 NVIC_Configuration(); 	 
//設(shè)置NVIC中斷分組2:2位搶占優(yōu)先級，2位響應(yīng)優(yōu)先級 	 
uart_init(9600);//初始化串口1
	 buletooth_init();//藍(lán)牙控制部分初始化
	 int rec;
	while(1) 
	{		
		rec=ld3320_uart_receive();
//循環(huán)得到接受函數(shù)的字符串?dāng)?shù)組
		printf("接收到 = %drn",rec);
		switch(rec)
		{
			case 1: break;//小杰
			case 2: printf(" play :2rn");playorpause();break;//播放
			case 3: printf(" stop :3rn");playorpause();break;//暫停
			case 4: printf(" last :4rn"); last();break;//上一首
			case 5: printf(" next :5rn");next();break;//下一首	
			case 6: printf(" up :6rn"); volume_up();break;//大聲點(diǎn)
			case 7: printf(" down :7rn");volume_down();break;//小點(diǎn)聲
			case 8: printf(" reset :8rn");break;//預(yù)留
			case 9: printf(" again :9rn");break;//請重新識別發(fā)口令
			case 10: printf(" one more time :10rn");break;//請說出一級口令
			//case 11: printf("11rn");break;//
			default:break;
		}

設(shè)計說明書

1 . 1 研究背景及意義

從藍(lán)牙技術(shù)誕生以來，CSR、德州儀器、博通等技術(shù)大廠對此不斷投入研究，藍(lán)牙技術(shù)的衍生品之一，藍(lán)牙音箱行業(yè)的設(shè)計水平也突飛猛進(jìn)。回頭看現(xiàn)在的藍(lán)牙音箱產(chǎn)品，不難發(fā)現(xiàn)，藍(lán)牙產(chǎn)品的創(chuàng)新從音質(zhì)到外形都有了長足的進(jìn)步。也可以看的出來，藍(lán)牙音箱發(fā)展到今天遭到了瓶頸。除了專業(yè)人士，絕大部分消費(fèi)者都滿足當(dāng)今常見藍(lán)牙音箱的音質(zhì)，音質(zhì)創(chuàng)新帶來的利潤和驅(qū)動消費(fèi)能力明顯難以為繼。藍(lán)牙音箱的續(xù)航能力顯然取決于微電池的發(fā)展和突破?，F(xiàn)在藍(lán)牙音箱分化最大、辨識度最大的非外形莫屬，然而，外形設(shè)計即使再千奇百怪，消費(fèi)者的審美也會產(chǎn)生疲倦。藍(lán)牙音箱未來的發(fā)展必定是多元化的，外形設(shè)計、微型化、智能化都是藍(lán)牙音箱的拓展方向。

從上世紀(jì)50年代貝爾實(shí)驗(yàn)室語音識別系統(tǒng)的雛形初現(xiàn)，到現(xiàn)在工業(yè)界以谷歌，微軟，IBM，科大訊飛為代表的公司推出應(yīng)用級產(chǎn)品，語音識別已經(jīng)走過了一個輝煌歷程[1]。語音識別技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)到了一個成熟的階段。語音助手如Windows系統(tǒng)內(nèi)置的Cortana（小娜）、蘋果手機(jī)的Siri、小米手機(jī)的小愛同學(xué)語音助手都是我們生活中隨處可見的語音識別交互技術(shù)應(yīng)用。

基于上述背景，結(jié)合語音識別技術(shù)的大量應(yīng)用，本課題采用離線式的語音識別芯片，通過藍(lán)牙技術(shù)獲得音源，利用語音識別芯片識別關(guān)鍵字來控制音箱工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能藍(lán)牙音箱。從智能化的方向入手，探索藍(lán)牙音箱的拓展方向。本課題主要研究離線狀態(tài)下，智能音箱通過藍(lán)牙連接手機(jī)獲得音源，實(shí)現(xiàn)離線情況下語音智能音箱的應(yīng)用。通過對特定語音識別的應(yīng)用研究，實(shí)現(xiàn)除了按鍵，觸摸屏之外的人機(jī)交互，交互過程自然流暢，方便。與現(xiàn)有的藍(lán)牙音箱相比，本應(yīng)用的優(yōu)異效果是語音交互效果增加了產(chǎn)品的趣味性和智能性，控制方式除了交互式語音還有按鍵控制，更加簡潔方便。因此基于語音識別的智能藍(lán)牙音箱設(shè)計就很有現(xiàn)實(shí)意義。

1 . 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

藍(lán)牙技術(shù)最初是由愛立信公司發(fā)明的，鑒于藍(lán)牙技術(shù)客觀的應(yīng)用前景，愛立信、英特爾、IBM、東芝和諾基亞公司在1998年，經(jīng)過協(xié)商，成立了藍(lán)牙特殊興趣集團(tuán)(簡稱SIG)，采取向產(chǎn)業(yè)界無償轉(zhuǎn)讓藍(lán)牙技術(shù)的措施，實(shí)現(xiàn)了藍(lán)牙技術(shù)的全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[2]。

從此以后，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)對藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用研究非常活躍。衍生出來如藍(lán)牙音箱、藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙無線鼠標(biāo)、藍(lán)牙物聯(lián)網(wǎng)等藍(lán)牙產(chǎn)品。最新版本"藍(lán)牙5"比以往版本傳輸距離更長、傳輸速度更快、傳輸數(shù)據(jù)量更大,以及提升了跟其包括Zigbee、Wifi等在內(nèi)的無線通信技術(shù)的共存性。在性能更強(qiáng)大的同時，藍(lán)牙芯片的體積反而變小。目前世界上尺寸最小的藍(lán)牙芯片BES2000H芯片尺寸僅為2.7*4.4mm，除了搭載藍(lán)牙4.2版本，芯片內(nèi)部還集成低功耗、定時器、IIC、SPI通信協(xié)議，集成度之高足以令普通嵌入式從業(yè)者吃驚。

在我國國內(nèi)，也有很多專家學(xué)制廠商對藍(lán)牙技術(shù)做了深入的研究，研究成果豐碩。北京理工大學(xué)學(xué)者孫炎森基于藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)到多點(diǎn)音視頻傳輸技術(shù)的研究與設(shè)計就研究了當(dāng)時藍(lán)牙音視頻發(fā)展的一大方向。由來自國家主管部門、企業(yè)界、學(xué)術(shù)界以及研究生產(chǎn)機(jī)構(gòu)的領(lǐng)導(dǎo)、專家、教授等權(quán)威人士發(fā)起成立的中國藍(lán)牙技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用論壇，吸引了眾多關(guān)注藍(lán)牙技術(shù)的各界人士，還組織國內(nèi)各界與世界藍(lán)牙組織SIG的代表，就雙方所關(guān)注的問題進(jìn)行了認(rèn)真的討論[3]?？傮w上看，國內(nèi)的藍(lán)牙研究一時間還是跟不上國外的發(fā)展腳步。

1995年思樂智公司第一次提出了藍(lán)牙音箱這個概念，在這之后藍(lán)牙音箱開始慢慢發(fā)展。由于技術(shù)不成熟加上藍(lán)牙當(dāng)時并沒被大眾了解接受，藍(lán)牙音箱的發(fā)展很緩慢，直到2006年，開始陸續(xù)出現(xiàn)藍(lán)牙音箱、藍(lán)牙音頻接受器的科普文。在2006年出版的《CELL藍(lán)牙立體聲套件影音體驗(yàn)》一文中，可以看到當(dāng)時的電腦還沒有集成藍(lán)牙模塊，藍(lán)牙音頻信號的發(fā)送是通過USB外界藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)的。在2012年后，隨著搭載藍(lán)牙模塊的智能手機(jī)和手提電腦快速普及后。藍(lán)牙音箱搭上了藍(lán)牙技術(shù)普及的順風(fēng)車，憑借著便攜、無線、時尚等元素贏得了廣大消費(fèi)者的喜愛。2016年，蘋果公司當(dāng)時最新款手機(jī)iPhone7取消了3.5mm耳機(jī)接口。這一舉動標(biāo)志著無線耳機(jī)會是智能手機(jī)發(fā)展的趨勢，果不其然，后來的新上市的手機(jī)紛紛取消了耳機(jī)接口，藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙音箱得到了進(jìn)一步普及。

隨著語音交互智能音箱的興起的，藍(lán)牙音箱的市場受到了沖擊，未來的藍(lán)牙耳機(jī)也會朝著這一方面發(fā)展。在2014年，就有學(xué)者提出采用Mel頻率倒譜系數(shù)進(jìn)行特征提取以提高藍(lán)牙語音識別的準(zhǔn)確性[4]。目前已經(jīng)有成熟的基于藍(lán)牙的AI智能音箱，本課題就在基于語音識別的藍(lán)牙音箱上探索語音交互的智能音箱，與此同時，藍(lán)牙耳機(jī)會在低功耗，便攜功能上繼續(xù)深挖。國外有最新研究利用音頻線作為耳機(jī)天線的設(shè)計，進(jìn)一步提高耳機(jī)的緊湊型，提高便攜性[5]。

器件清單

資料清單

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