基于HLK-V20模块的LED智能语音灯设计

杨银住 郭春凤 王凤超 邓雪莲 李威 李永冲 李科

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

摘  要：具有高识别性、便捷和节能环保等特点的智能语音灯已经成为智能家居中的重要设备，本文基于HLK-V20模块设计了LED智能语音灯，具有功能多、成本低的优点。以HLK-V20离线语音识别模块為控制中心，设计控制指令，设计了智能语音灯的开关、亮度调节、定时开关等功能，实验实现了设计全部设计功能。

关键词：LED  智能语音灯  HLK-V20模块  智能化。

中图分类号：TP311                           文献标识码：A                    文章编号：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，Fengxian 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世纪60年代初，英国人Denes等人成功研究出了第一个计算机语音识别系统后，语音识别开始出现在人们视野中，由于资源和条件的限制，直到90年代语音识别技术的兴起，国内才出现研究领域的热潮。随着智能家居的不断发展，家居的每个系列都衍生出许许多多的行业，然而LED智能语音灯尚未得到充分开发。一方面由于LED的出现较晚，智能化这一概念对于它来说相对滞后;另一方面是由于国内的语音智能识别技术发展缓慢，不能在许多行业上推广。到2016年，语音识别与LED结合使智能语音灯正式步入发展。

LED智能语音灯的传输方式从手机蓝牙控制、无线连接传输到APP控制，语音模块的选用大部分是LD3320模块。相比于LD3320模块，HLK-V20模块有很多的优势，在控制方面它可以不依赖于单片机在模块内部完成控制过程;在使用场合有高识别率，多指令输入的优点;在成本方面选用LD3320语音识别模块的成本价格在40-60元，而选用HLK-V20模块的成本价格在8-15元，相比之下选用HLK-V20模块设计LED智能语音灯在成本上要少很多;在非特定语音指令输入方面，LD3320模块可支持50条语音指令，而HLK-V20模块输入的语音指令可达150条，语音指令的增加将决定智能语音灯有更多的场合适用。在LED智能语音灯这个领域，如果想让智能语音灯更加普及，选用HLK-V20模块来设计在目前来看这是一个很好的选择，所具有的优势让足以它在一些合适的场合可以广泛的应用。

1  HLK-V20语音识别模块

对于离线语音识别智能灯而言，最核心的部分就是语音识别模块，要具有低成本，高识别的优势[1]。HLK-V20是海凌科电子针对大量纯离线控制场景和产品最新推出的高性能纯离线语音识别模块，可广泛且快速的应用于智能家居、各类智能小家电、玩具、灯具、工业、医疗、 物联网、汽车、安防与照明等需要语音操控的产品。模块采用采用32bit RSIC架构内核，并加入了专门对信号处理和语音识别所需要的DSP指令，同时支持浮点运算的FPU运算单元，以及FFT加速器，提高了对语音识别的速度与准确率[2]。

HLK-V20模块由麦克风，扬声器，以及最重要的集成电路模块构成。外界声音传过来，麦克风接收语音信号后，将语音信号传给集成板，集成板里面有输入的固定指令。当外界信号传入到麦克风，语音模块识别语音指令后通过串口输出协议数据，MCU端串口接收语音模块串口数据后进行处理。HLK-V20模块具有的功能如图1 HLK-V20模块系统功能框图：

2  LED智能语音灯设计方案

2.1 LED智能语音灯语音指令对应的设计：

本次基于HLK-V20模块设计的LED智能语音灯，设计的LED智能灯需要实现人声控制灯的开关，同时也改变灯的亮度，改变灯的颜色[3]。确定好灯的功能之后，进行对HLK-V20模块的功能进行开发设计，用语音指令“请开灯 请关灯”来控制灯的亮与灭， “增加亮度”和“减少亮度”来改变的亮度， LED灯有三种颜色，分别为“白灯＼暖白＼红灯”。HLK-V20模块内置了RC 12MHz时钟源和PLL锁相环时钟源，这一个功能的加入，在家具灯照明上可以与闹钟结合使用，在晚上睡觉的时候，使用语音指令“定时八小时后开灯”，在第二天闹钟响的时候，灯会打开，催促人们起床。该智能语音灯的定时关闭功能通过定时关灯不仅方便了那些依赖灯光入睡的人群 ，同时也节约了用电量[4]。对于这些功能在LK-V20模块所对应的串口协议预备设如表1 LED智能语音灯语音指令设计：

2.2 HLK-V20 模块在LED智能语音灯中的连接

整个控制过程由硬件控制完成，一定程度上摆脱了软件的限制，只有在写入语音指令时需要软件的加持。LED智能语音灯的设计由HLK-V20模块，麦克风，喇叭，LED灯构成。在设计智能LED灯时，需要设计好它所具有的功能，需要设计指令来实现[5]。

LED智能语音灯将HLK-V20模块作为核心，在HLK-V20模块中写入指令程序，构成特定的语音指令。同时外部连接开关，麦克风，扬声器，LED灯，将LED灯连接到B6脚上，将开关接到B2引脚，麦克风接到MIC接口，扬声器接到SPK接口，LED具有调节不同亮度的控制线接到B7引脚，LED灯板的PWM端口连接到HLK-V20模块的PWM接口，实现对灯的颜色调节，USB接口输入电源完成整个电路的连接，同时外部要连接驱动电源来实现稳压作用[5]。

2.3 LED灯板的设计

LED灯板分别由白光、暖白色、红色各三个功率为2.5W的灯珠组成，因为LED不能直接接220v，所以需要外接一个驱动电源，型号为：LYFGL-（8-24）*3w，输入AC165-260V，输出DC：24-88V。灯板上有I/O接口，将其接到HLK-V20模块的对应引脚，LED灯板的PWM端口对应接到语音识别模块的，通过PWM调光改变灯的亮度[3]。

2.4 LED智能语音灯的效果

将LED的开关接到B2引脚，将灯的亮度档连接到B7引脚，灯颜色档连接到A27引脚上，同时将麦克风接到MIC接口，因为需要语音交互，所以在SPK引脚上接了喇叭，实现了人机交互的功能。整个过程控制原理如图2 控制原理图：

在通电情况下，首先使用唤醒语音指令“小科、小科”，当LED智能语音灯收到相应的指令时会回复“我在”的交互语音，之后可以用“打开灯光、关闭灯光、增加亮度、减少亮度、白色灯光、暖白灯光、红色灯光”的语音指令来控制，HLK-V20模块会根据所接收的指令来触发，实现对灯具的控制与调节[6]。

3  LED语音智能灯的发展前景

未来的社会发展将更倾向于环保，节能，便捷的优势，智能化的设计更能充分将这些举措落到实处。光污染的问题也比较严重，然而，大部分的景观都利用灯光的装饰，因此在智能化与人性化设计这一方面上就显得更加重要[7]。在适当的场合根据需求来改变光的亮度与颜色，并不需要依托其他程序的支持，在这个设计上，基于HLK-V20模块设计的LED智能语音灯将会在未来的发展与应用中起到举足轻重的作用，小众化的产品以及特定的场合都将会采用以这个设计来开发智能灯具。

随着物联网的不断发展与升级，传统的离线识别模块也得到发展与创新，但是，HLK-V20模块在目前的LED智能语音灯中的应用较少。随着5G时代的到来，基于APP的LED智能语音识别灯将会飞速发展，为用户提供更便利，更智能化，更人性化的产品体验。在未来也可能会有许许多多其他智能灯的出现，但是从过去几年的发展与当今状况来看，HLK-V20模块仍然有着难以替代性的地方，相信在未来也会有不断的更新迭代。此外，LED智能语音灯在向更环保、更智能、更简單、更高效化的方向发展。

4  结语

本文通过对常用语音识别模块的功能对比分析，选出低成本、高识别的HLK-V20语音识别模块，基于HLK-V20模块设计了LED智能语音识别灯，先设定语音指令，通过程序将指令写入HLK-V20模块，设置好语音指令在HLK-V20模块输出的引脚，将LED灯板在对应引脚连接，当麦克风接收到外界的语音之后，HLK-V20语音识别模块将输出指令，LED灯板将会做出指令下的变化。基于HLK-V20模块的LED智能语音灯的设计成本适中，可以完成实际应用中的大部分场合的需求，在LED智能语音灯未来发展有着的广阔的应用前景。

参考文献：

[1] 杜银，罗浩敏，方鑫，卢新祥.基于语音识别的智能家居系统设计[J].电子测试，2019（18）：17-18+36.

[2] 佚名 深圳市海凌科电子有限公司 HLK-V20规格书 2020-8-7

[3] 李健钊，罗炜杰，黄潇曼，熊明星.基于STC单片机的智能声控自动化台灯[J].智能计算机与应用，2018，8（06）：199-202

[4] 侯景尧，张洛嘉，周正.变电站“绿色照明”设计研究[J].科技创新导报，2020，17（20）：43-45.

[5] 胡庆泽，李琨，周天天，杭斌.语音控制LED灯的驱动设计[J].电器工业，2019（06）：72-74.

[6] 王晗宇，张恒，张华，王立华.基于LD3320的语音控制LED台灯设计[J].中国照明电器，2017（03）：31-33.

[7] 敬舒奇.基于云平台的智能照明系统设计与研发[D].北京：北京建筑大学.2020.