基于Arduino的語(yǔ)音控制燈帶的設(shè)計(jì)與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄

1產(chǎn)品功能分析...........................................................................................................1

2設(shè)計(jì)方案遴選...........................................................................................................1

2.1產(chǎn)品主方案設(shè)計(jì)...........................................................................................1

2.2芯片以及開發(fā)板的選擇方案.......................................................................1

2.3語(yǔ)音模塊的選擇方案...................................................................................2

3產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)...................................................................................................3

3.1產(chǎn)品組成.......................................................................................................3

3.2產(chǎn)品功能.......................................................................................................3

4產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)...........................................................................................................3

4.1系統(tǒng)原理圖...................................................................................................3

4.2系統(tǒng)接線圖...................................................................................................5

4.3ArduinoUNO開發(fā)板....................................................................................5

5產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)...........................................................................................................9

6產(chǎn)品使用說(shuō)明書.....................................................................................................16

7附錄.........................................................................................................................19

I

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

基于Arduino語(yǔ)音控制燈帶的設(shè)計(jì)與制作

1產(chǎn)品功能分析

此說(shuō)明書是以ArduinoUNO開發(fā)板連接語(yǔ)音模塊控制燈帶變換設(shè)計(jì)為目的

的。產(chǎn)品是以ArduinoUNO開發(fā)板做為主體部分，另連接語(yǔ)音識(shí)別模塊、WS2812B

全彩燈帶與喇叭，提前配置好相關(guān)的語(yǔ)音命令詞條下載到識(shí)別模塊，當(dāng)你發(fā)出

命令時(shí)，語(yǔ)音模塊會(huì)進(jìn)行識(shí)別，結(jié)合ArduinoUNO開發(fā)板代碼傳遞到燈帶，控

制燈的狀態(tài)，并作出回應(yīng)。語(yǔ)音識(shí)別模塊在智能家具的應(yīng)用中，受到了大眾的

青睞，為人們的生活提供了更多便利，有效地提高了人們的生活質(zhì)量水平。

2設(shè)計(jì)方案遴選

2.1產(chǎn)品主方案設(shè)計(jì)

此方案：基于ArduinoUNO語(yǔ)音控制燈帶的設(shè)計(jì)與制作。

配置語(yǔ)

音

喇叭接

收

開

USB串Arduinounor3語(yǔ)音識(shí)

發(fā)板

口接入別模塊

RGB燈

帶效果

圖1系統(tǒng)框圖

2.2芯片以及開發(fā)板的選擇方案

方案一：選擇STC89C51作為系統(tǒng)的主要芯片。STC89C51單片機(jī)學(xué)習(xí)板是一

1

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款基于8位單片機(jī)處理芯片STC89C51RC的系統(tǒng)。它是采用8051核的ISP在系

統(tǒng)可編程芯片，芯片配合PC端就可將程序代碼下載到單片機(jī)內(nèi)部，省去了購(gòu)買

編程器，而且速度比上一代更快。STC89C51系列單片機(jī)是兼容8051內(nèi)核單片

機(jī)，是高速、低功耗的新一代8051單片機(jī)。

方案二：選擇ArduinoUNO作為開發(fā)板。ArduinoUNO是一款非常適合單片

機(jī)入門的開發(fā)板，采用AVR單片機(jī)ATmega328P作為主控制器，可以幫助學(xué)者快

速的掌握單片機(jī)技術(shù)，制作一個(gè)更加簡(jiǎn)潔的編程語(yǔ)言。使用Arduino做設(shè)計(jì),幾

乎不需要考慮硬件部分的設(shè)計(jì),可以直接按需求選擇Arduino的控制板以及傳感

器模塊組成自己的需要的硬件系統(tǒng)。Arduino是起步較早的開源硬件項(xiàng)目，它的

硬件電路和軟件開發(fā)環(huán)境都是完全公開的，不做任何保留。我們可以在相關(guān)官

網(wǎng)或者論壇里獲得所需的各種資源,方便創(chuàng)作出更好更有創(chuàng)意的作品。

綜上所述，我選擇了ArduinoUNO開發(fā)板，它有豐富的第三方資源，有易

用性和交流性，不受太多限制，可以配合圖形化編程直接生成代碼，也更加適

合連接傳感器不用焊接，它編程十分方便，所以我選擇使用ArduinoUNO開發(fā)板

進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.3語(yǔ)音模塊的選擇方案

實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制燈帶的核心就是加入了-語(yǔ)音識(shí)別芯片，語(yǔ)音識(shí)別模塊是在一

種基于嵌入式的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的模塊，主要包括語(yǔ)音識(shí)別芯片和一些其他附屬

電路，而語(yǔ)音識(shí)別芯片又可以分為在線語(yǔ)音芯片、離線語(yǔ)音芯片。

方案一：在線語(yǔ)音需要通過(guò)聯(lián)網(wǎng)，對(duì)接到云盤，可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的人機(jī)交互，

命令詞的長(zhǎng)度和條數(shù)沒有限制，非常的自由，適合運(yùn)用到對(duì)人工智能性能要求

較高的場(chǎng)景，如智能機(jī)器人等。

方案二：離線語(yǔ)音無(wú)需聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)設(shè)置離線指令來(lái)控制燈的狀態(tài)成本低，

體積較小，但命令詞數(shù)和長(zhǎng)度會(huì)被限制，所以更適合智能語(yǔ)音單品，如空調(diào)、

燈、洗衣機(jī)等。

所以我選擇了離線語(yǔ)音芯片，根據(jù)我的產(chǎn)品題目控制燈帶變化，直接使用

命令詞條就可以實(shí)現(xiàn)效果，相比在線語(yǔ)音更加的方便和簡(jiǎn)易。

2

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3產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

此產(chǎn)品使用ArduinoUNO開發(fā)板，外接了語(yǔ)音識(shí)別模塊與ws2812b全彩燈帶

組裝而成,符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.1產(chǎn)品組成

1、ArduinoUNO開發(fā)板

2、語(yǔ)音識(shí)別模塊

3、WS2812B全彩燈帶

4、小面包板

5、喇叭

3.2產(chǎn)品功能

當(dāng)你發(fā)出命令時(shí)，語(yǔ)音模塊會(huì)對(duì)此進(jìn)行識(shí)別，結(jié)合下載在ArduinoUNO開發(fā)

板上的代碼傳遞到燈帶，以此改變燈的狀態(tài)，并作出回應(yīng)。

4產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)

4.1系統(tǒng)原理圖

此產(chǎn)品是基于ArduinoUNO開發(fā)板的智能離線語(yǔ)音控制燈帶。產(chǎn)品是以

ArduinoUNO開發(fā)板作為主體部分，外接語(yǔ)音識(shí)別模塊與燈帶。語(yǔ)音模塊的系統(tǒng)

原理圖如下：

3

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圖2原理圖

4

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4.2系統(tǒng)接線圖

圖3外圍電路接線圖

4.3ArduinoUNO開發(fā)板

Arduino是一個(gè)靈活易上手的開源電子原型平臺(tái)。它包含了兩部分：硬

件部分為做電路連接的Arduino電路板，另一部分集成開發(fā)環(huán)境為Arduino

IDE，用于提供程序開發(fā)環(huán)境的應(yīng)用程序。

4.3.1ArduinoUNO開發(fā)板特征

1、可以連接各種傳感器

2、通過(guò)USB直接燒錄程序

3、具有14路數(shù)字輸入/輸出口

4、提供6個(gè)模擬輸入口

5、具有16MHz的時(shí)鐘頻率

6、一個(gè)5VDC輸出和一個(gè)3.3V輸出

7、有4個(gè)LED指示燈

8、可以在Windows、MacOS、Linux系統(tǒng)上運(yùn)行

4.3.2ArduinoUNO開發(fā)板優(yōu)點(diǎn)

1、能跨平臺(tái)開發(fā)

2、簡(jiǎn)單清晰，極易掌握

5

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3、編程方式多樣性

4、論壇學(xué)習(xí)資源足

5、系統(tǒng)完善，開源開放性

6、具有硬件開發(fā)的趨勢(shì)

4.3.3ArduinoUNO原理圖

圖4ArduinoUNO原理圖

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圖5ArduinoUNO開發(fā)板

4.4語(yǔ)音識(shí)別模塊

SU-03T語(yǔ)音模塊是一款低成本、低功耗、小體積的離線語(yǔ)音識(shí)別的模塊，

可以快速應(yīng)用于智能家居等。此產(chǎn)品通過(guò)智能語(yǔ)音模塊來(lái)控制LED燈的亮滅以

及亮度的調(diào)節(jié)。它擁有32bitRISC內(nèi)核，運(yùn)行頻率240M并且支持DSP指令集

以及FPU浮點(diǎn)運(yùn)算單元，支持5V電源輸入。語(yǔ)音識(shí)別模塊首先需要在智能公

元生成一鍵指令（離線檔），配置Pin腳，添加命令詞與應(yīng)答，生成語(yǔ)音SDK

下載到語(yǔ)音模塊。然后將語(yǔ)音模塊與Anduino開發(fā)、燈帶、喇叭等連接成一個(gè)

完整的電路，根據(jù)聲音控制，發(fā)出相對(duì)應(yīng)的指令傳送到語(yǔ)音模塊，然后進(jìn)行識(shí)

別實(shí)現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的燈帶變化效果，并給予回應(yīng)。那這個(gè)基于Anduino的語(yǔ)音控制

燈帶的設(shè)計(jì)與制作也就完成了。

7

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圖6語(yǔ)音識(shí)別模塊原理圖

4.5WS2812B全彩燈帶

WS2812BLED燈帶可單獨(dú)控制每個(gè)LED的亮度和顏色，單點(diǎn)單控，內(nèi)置可編

程芯片，可以配合大多數(shù)控制權(quán)使用，工作電壓是5V，而且它可以實(shí)現(xiàn)分段顯

示不同色彩功能，提供了簡(jiǎn)單清晰的燈帶現(xiàn)實(shí)效果。此燈帶連接電路后會(huì)結(jié)合

識(shí)別的命令詞達(dá)到相對(duì)應(yīng)的顏色變換效果。

圖7燈帶實(shí)物圖

4.6喇叭

SPK-為喇叭負(fù)極，SPK+為喇叭正極

在電路中的作用為音響，播放聲音，作出回答

8

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圖8接線圖

5產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)

5.1程序流程

音控制燈帶主用語(yǔ)音模塊配置命令并進(jìn)行人聲識(shí)別，將程序代碼編譯完成后

通過(guò)串口下載到UNO開發(fā)板。具體可以修改代碼的識(shí)別命令去控制燈帶的顏色

和亮度，以下是系統(tǒng)框圖的示例。

配置語(yǔ)音

喇叭接收

喇叭接

收

USB串Arduinounor3開發(fā)語(yǔ)音識(shí)別

口接入板模塊

RGB燈

帶效果

圖9系統(tǒng)流程圖

9

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5.2程序代碼

程序代碼使用的是mind+編程軟件以及Arduino編寫的。

程序代碼如下：

#defineP12

#include<Adafruit_NeoPixel.h>

#include<SoftwareSerial.h>

inttmp_mun;

intRxmun;

//定義4號(hào)腳為燈帶信號(hào)腳

Adafruit_NeoPixelrgb_display_4=Adafruit_NeoPixel(P,4,NEO_GRB+

NEO_KHZ800);

//定義軟串口，用于與語(yǔ)音模塊連接，2號(hào)腳為接收端

SoftwareSerialmySerial(2,3);

//初始化

voidsetup(){

tmp_mun=0;

Rxmun=0;

rgb_display_4.begin();

mySerial.begin(9600);

Serial.begin(9600);

}

voidloop(){

//如果軟串口有數(shù)據(jù)，即讀取串口數(shù)據(jù)，用Rxmun變量存放，并在主串口打

印顯示，方便調(diào)試。

if(mySerial.available()>0){

tmp_mun=Rxmun;

Rxmun=mySerial.read();

Serial.println(Rxmun);}

10

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switch(Rxmun){

//當(dāng)接收到是1時(shí)，設(shè)置顏色為紅色

case1:

rgb_display_4.clear();

for(inti=(1);i<=(P);i=i+(1)){

rgb_display_4.setPixelColor((i)-1,(0xff0000));

if(mySerial.available()>0){

break;

}

rgb_display_4.show();

delay(30);

}

Rxmun=0;

break;

//當(dāng)接收到是2時(shí)，設(shè)置顏色為藍(lán)色

case2:

rgb_display_4.clear();

for(inti=(1);i<=(P);i=i+(1)){

rgb_display_4.setPixelColor((i)-1,(0x3333ff));

if(mySerial.available()>0){

break;

}

rgb_display_4.show();

delay(30);

}

Rxmun=0;

break;

//當(dāng)接收到是3時(shí)，設(shè)置顏色為綠色

11

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case3:

rgb_display_4.clear();

for(inti=(1);i<=(P);i=i+(1)){

rgb_display_4.setPixelColor((i)-1,(0x009900));

if(mySerial.available()>0){

break;

}

rgb_display_4.show();

delay(30);

}

Rxmun=0;

break;

//當(dāng)接收到是4時(shí)，設(shè)置顏色為紫色

case4:

rgb_display_4.clear();

for(inti=(1);i<=(P);i=i+(1)){

rgb_display_4.setPixelColor((i)-1,(0xcc33cc));

if(mySerial.available()>0){

break;

}

rgb_display_4.show();

delay(30);

}

Rxmun=0;

break;

//當(dāng)接收到是5時(shí)，設(shè)置顏色為白色

case5:

rgb_display_4.clear();

12

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for(inti=(1);i<=(P);i=i+(1)){

rgb_display_4.setPixelColor((i)-1,(0xffffff));

if(mySerial.available()>0){

break;

}

rgb_display_4.show();

delay(30);

}

Rxmun=0;

break;

//當(dāng)接收到是6時(shí)，設(shè)置顏色為七彩變換

case6:

for(inti=1;i<=7;i=i+(1)){

rgb_display_4.clear();

for(intj=(1);j<=(P);j=j+(1)){

switch(i){

case1:

rgb_display_4.setPixelColor((j)-1,(0xff0000));

break;

case2:

rgb_display_4.setPixelColor((j)-1,(0xff9900));

break;

case3:

rgb_display_4.setPixelColor((j)-1,(0xffff00));

break;

case4:

rgb_display_4.setPixelColor((j)-1,(0x33ff33));

break;

13

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case5:

rgb_display_4.setPixelColor((j)-1,(0x00cccc));

break;

case6:

rgb_display_4.setPixelColor((j)-1,(0x3366ff));

break;

case7:

rgb_display_4.setPixelColor((j)-1,(0xcc33cc));

break;

}

}

if(mySerial.available()>0){

break;

}

rgb_display_4.show();

delay(500);

}

break;

//當(dāng)接收到是7時(shí)，設(shè)置亮度為100，顏色為白色，表示開燈

case7:

rgb_display_4.setBrightness(100);

for(inti=(1);i<=(P);i=i+(1)){

rgb_display_4.setPixelColor((i)-1,(0xffffff));

if(mySerial.available()>0){

break;

}

rgb_display_4.show();

delay(30);

14

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}

rgb_display_4.show();

Rxmun=tmp_mun;

break;

//當(dāng)接收到是8時(shí)，設(shè)置亮度為0，表示關(guān)燈

case8:

rgb_display_4.setBrightness(0);

rgb_display_4.show();

Rxmun=tmp_mun;

break;

//當(dāng)接收到是9時(shí)，設(shè)置亮度是20

case9:

rgb_display_4.setBrightness(20);

rgb_display_4.show();

Rxmun=tmp_mun;

break;

//當(dāng)接收到是10時(shí)，設(shè)置亮度是100

case10:

rgb_display_4.setBrightness(100);

rgb_display_4.show();

Rxmun=tmp_mun;

break;

}

}

15

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6產(chǎn)品使用說(shuō)明書

6.1產(chǎn)品裝配圖

Arduinouno開發(fā)板

面包板

語(yǔ)音識(shí)別模塊

喇叭WS2812B全彩燈帶

圖10產(chǎn)品裝配圖

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6.2產(chǎn)品操作說(shuō)明

第一步：接通電源。

圖11實(shí)物操作圖

第二步：發(fā)出命令，燈帶變化。

圖12實(shí)物操作圖

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7附錄

7.1元器件清單