巧借离线语音模块做个Arduino“声控门”

牟晓东

在很多的开源硬件编程创客作品中都会用到“语音识别”控制功能，比如通过“小度小度”等唤醒词来实现语音命令的唤醒与传送，目前大部分的语音识别功能都离不开网络支持（像百度智能云）。其实，我们还可以通过离线语音模块（比如好好搭搭的ASR-THREE）来实现语音识别，优点是响应速度非常快，而且支持中英文甚至是方言语音命令的训练学习与应用。如果想要设计制作一个Arduino“声控门”，用户通过发出“请开门！”、“请关门！”的语音指令来控制舵机进行开关门的动作，如何来实现呢？

1.实验装置及连接

实验装置包括Arduino UNO开发板一块，ASR-THREE离线语音模块一个，SG90舵机一个，红色、绿色LED灯各一支，小型面包板一个，各种颜色的杜邦线若干。

首先，通过红色和黑色两根杜邦线，将Arduino的5V和GND端分别连接至面包板的侧边（标注有“+”红色和“-”蓝色长线）;接着，将ASR-THREE离线语音模块的V（电源正极）和G（接地端）连接至面包板的电源正极和负极，再将S（Signal）信号端连接至Arduino的3号引脚;然后，将SG90舵机的电源正极和接地端同样也连接至面包板的电源正极和负极，再将信号端连接至Arduino的10号引脚;最后，将红色和绿色LED灯的负极（“短腿”）均插入面包板的负极，正极（“长腿”）则分别通过杜邦线连接至Arduino的13号和12号引脚（如图1）。

2.训练ASR-THREE离线语音模块“学习命令词”

默认情况下，ASR-THREE离线语音模块提供了50多条包括“学习命令”、“唤醒词”和“命令词”在内的语音指令，每条语音指令均对应一个十进制的ID号，比如命令词“打开灯光”的ID号是70、“减小音量”的ID号是104等等。由于在设计制作的Arduino“声控门”项目中需要的语音命令词是“请开门！”和“请关门！”，因此需要进行自定义训练ASR-THREE离线语音模块进行“学习”，方法如下：

将Arduino的数据线连接至电脑的USB接口，很快就有“欢迎使用语音识别助手！”的语音提示;接着，对着离线语音模块的麦克风说出任意一条唤醒词——比如“智能管家”，离线语音模块回答“我在呢！”;再说：“学习命令词”，回答：“学习状态中，保持安静，请按提示学习命令词，请说出第一条要学习的指令”，再说：“请开门！”，回答：“学习成功，请再说一次”;按照提示，最终完成该语音指令命令词的训练学习。同样的操作，再训练完成对“请关门！”语音指令的学习，对应的ID号分别是53和54（如图2）。

3.方法一：在Arduino IDE中進行代码编程

（1）导入库与setup（）函数初始化操作

为了进行串口数据传输及控制舵机的操作，需要先通过“#include ”和“#include ”两个语句导入对应的库;接着，通过SoftwareSerial类的构造函数来指定软串口的RX和TX引脚分别是3和6：“SoftwareSerial mySerial（3，6）”;再分别将红色、绿色LED的引脚号进行定义：“int RedLED = 13”、“int GreenLED = 12”;然后，通过“Servo myservo”语句来创建舵机对象，并且建立变量pos来初始化舵机的角度值为0：“int pos = 0”。

在setup（）函数中，先设置串口通讯的波特率为115200：“mySerial.begin（115200）”;再将两支LED灯的工作模式设置为输出：“pinMode（RedLED，OUTPUT）”、“pinMode（GreenLED，OUTPUT）”;最后，声明舵机的数据线连接在Arduino的10号引脚：“myservo.attach（10）”（如图3）。

（2）编写open_door（）和close_door（）函数

先来编写open_door（）“开门”函数：当收到“请开门！”语音指令时，首先控制红色LED灯亮：“digitalWrite（RedLED，HIGH）”;然后，通过一个for（）循环结构（“for（pos=0;pos<=90;pos+=1）”）来实现舵机的旋转角度由0°逐渐递增为90°：“myservo.write（pos）”，并且在每次旋转增加1°后进行20毫秒的延时：“delay（20）”;最后，控制红色LED灯熄灭、绿色LED灯发光：“digitalWrite（RedLED，LOW）”、“digitalWrite（GreenLED，HIGH）”。

接着，编写close_door（）“关门”函数，与open_door（）函数非常类似，比如for（）循环控制舵机由90°旋转恢复至0°（“for（pos=90;pos>=0;pos-=1）”）、控制红色和绿色LED灯的亮或灭，等等（如图4）。

（3）编写loop（）主函数及Arduino“声控门”的测试

loop（）主函数非常简单，通过if（）语句来判断串口是否有新数据产生：“if （mySerial.available（） > 0）”;如果有新数据产生，说明收到了某条语音指令，通过switch多分支结构（“switch （mySerial.read（））”）来对语音指令的对应ID号进行判断——如果ID号是53，说明收到的语音指令是“请开门！”，则执行open_door（）函数;如果ID号是54，说明收到的语音指令是“请关门！”，则执行close_door（）函数。

将程序保存为Sound_Door.ino，上传至Arduino进行测试。先通过“智能管家”唤醒词进行唤醒，再发出“请开门！”语音指令，紅色LED灯亮、舵机由0°旋转至90°、红色LED灯熄灭、绿色LED灯发光;接着再发出“请关门！”语音指令，绿色LED熄灭、红色LED灯发光、舵机由90°旋转至0°、红色LED灯熄灭;反复测试，均能实现语音指令控制舵机正反转开关门的功能（如图5）。

4.方法二：在Mind+中进行图形化编程

启动Mind+，首先点击“扩展”按钮进行主控板中“Arduino Uno”、执行器中“舵机模块”和用户库中“离线语音识别模块”的添加;点击“返回”按钮后开始图形化的编程：

同样也是先编写“开门”和“关门”两个函数，包括红色和绿色LED灯的开关及舵机的旋转控制;然后再进行主程序的编写，包括语音识别的初始化和串口波特率的设置，同样也是在循环结构中先进行语音识别是否有数据可读的判断，然后通过变量Order_ID来存储语音识别的读取数据并判断其数值——如果是53，则调用执行“开门”函数;如果是54，则调用执行“关门”函数（如图6）。

将程序保存为Arduino“声控门”.sb3，点击“连接设备”后再进行程序的上传测试，效果与使用Arduino IDE进行代码编程的测试一致。