汽车空调语音识别系统的设计与研究

黄一波 叶钢 叶蕾 季启欣

摘要：针对汽车驾驶环境下，通过语音识别代替手动控制汽车空调功能，既解除了驾驶者低头寻找空調按钮的危险，又可以提高了驾驶者的舒适度。该汽车空调语音识别系统主要由语音模块、单片机控制模块、显示模块等组成。通过单片机控制LD3320语音模块对汽车空调的功能进行处理，可以解放驾驶者的双手，从而提高车辆驾驶安全。

关键词：语音识别；汽车空调；LD3320

中图分类号：TP368.1   文献标识码：A

Design and Research of Speech Recognition System for Automotive Air Conditioning

Huang Yibo1  Ye Gang2  Ye Lei1  Ji Qixin1

1.Zhejiang Shuolang Electromechanical Accessories Co.，Ltd  ZhejiangLishui  323700；

2. Lishui Vocational and Technical College  ZhejiangLishui  323000

Abstract： In the automotive driving environment， replacing manual control of the car air conditioning function with voice recognition not only eliminates the danger of drivers looking for air conditioning buttons while also improving their comfort level. The car air conditioning speech recognition system mainly consists of a speech module， a microcontroller control module， a display module， etc. By controlling the LD3320 voice module through a microcontroller， the function of the car air conditioning can be processed， freeing the driver's hands and improving driving safety.

Keywords： Speech recognition；Automotive air conditioning；LD3320

随着汽车工业的快速发展，2020年末中国轿车保有量约为2.81亿辆，人们对汽车的要求也越来越高，特别是汽车的安全性、舒适性和可靠性等[1]。近几年，由于人工智能的快速发展，智能化车载电子产品也越来越多地被开发使用，比如可以通过导航系统查看实时交通情况，优化行驶路线等。由于驾驶员在开车时需要高度集中注意力，因此通过语音技术代替双手控制这些智能化车载电子产品成为了最佳方案。

在封闭的车厢内，汽车空调往往需要经常开启、关闭、调节功能等。如果需要驾驶员分心通过手动调节按钮，非常容易出现事故。因此驾驶员如果可以通过语音控制汽车空调的开启、关闭、调节温度、控制风力等功能，就可以解放驾驶者的双手，从而提高车辆驾驶安全，从而避免这类事故的发生。

1总体设计要求及目标

智能语音在空调上实现应用需要三个环节：首先是获取——将人发出的语音信号转化为可处理的数字信号；然后是预处理——对采集到的语音信号进行识别过滤，降噪、消回声、去混响等处理，形成可准确判断的有效音频信号；最后是预设置的语音识别引擎对过滤的语音信号进行识别和分析，从而实现智能反馈要求的规定动作[2]。

汽车空调语音识别系统主要包含四大模块：语音模块、单片机控制模块、显示模块、驱动模块等，其系统框图如图1所示。驾驶员通过语音发送命令，语音模块自动识别语音命令，并将识别信息发送给单片机，单片机根据命令通过驱动模块控制汽车空调的开关、温度调节、风力调节、模式调节等功能，并控制语音模块播报语音信息，进行人机交互，LCD显示模块实时显示当前汽车空调的状况。

2硬件设计

语音模块主要具有三个功能：采集语音信息，与单片机进行数据通信，播报语音信息等。该模块主要由电源子模块、语音输入子模块、语音输出子模块、通信子模块等组成。模块采用LD3320语音芯片进行设计，可以对驾驶员的声音信息进行采集处理，并通过串口通信方式将声音信息发送给单片机模块，并实时播报单片机模块发出的声音指令。

LD3320芯片是由ICRoute公司开发设计的一款语音识别专用芯片，该芯片内部集成了语音识别处理器、模数转换器、数模转换器、麦克风接口、声音输出接口等。该芯片支持动态编辑关键词语，从而实现语音识别、人机交互功能。

LD3320语音芯片内部结构图如图2所示，LD3320芯片将输入的语音流进行频谱分析，提取语音特征值，通过语音识别器与内部事前存储的关键词语列表进行比对，最终將识别结果传给单片机。LD3320语音识别模块内部集成了STC11系列单片机，可支持5V和3.3V供电。LD3320语音识别模块可以实现中文及英文的识别功能，不需要事先训练或者录音，语音数据识别准确率高达95%[3]，识别的关键词可以在程序中任意更改，每次识别最多可设置50条候选语音命令，候选语音命令可以是单字，也可以是词组或者短句，长度不超过10个汉字或者79个拼音。

用户在使用前，需要设计好待识别的关键词，如“开空调”“关空调”“模式选择制冷”“模式选择制热”“模式选择通风”“风力调成三级”“温度调成18度”等，再设计好识别后的语音应答，如“好的，开机”“好的，关机”“好的，调成制冷模式”等，然后更改STC11单片机中的程序，并下载到单片机中。这样一旦用户发出规定的语音口令后，声音被模块上的驻极体采集后，输入到LD3320模块，经过STC11单片机数据处理后，获得对应的关键词，然后通过串口将要应答的语音信息送给播放模块，并同时将语音信息传给汽车空调的主控单片机进行处理。

汽车空调的主控单片机模块采用STC公司的STC15W4K32S4单片机，其与LD3320模块、显示模块的硬件电路如图3所示。STC15W4K32S4单片机的P0口作为LCD12864液晶屏的数据端，单片机的P2.0接液晶屏的C/D端，P2.1接液晶屏的RD端，P2.2接液晶屏的WR端，LCD12864采用并口数据传送方式，液晶屏采用东芝公司的T6963C控制器，可以点阵方式显示中文字符。STC15W4K32S4单片机的P1口与LD3320语音模块连接，其中P1.3接LD3320的MOSI端，P1.4接LD3320的MISO端，P1.5接LD3320的SCK端，P1.6接LD3320的NSS端，P1.7接LD3320的RST端，单片机的P3.2接LD3320的IRQ端，采用外部中断0进行触发。

单片机串口接收到LD3320语音识别模块信息后，根据事先设定好的程序，通过驱动模块控制空调的开启、关闭、温度调节、风力调节、模式调节等功能，并将设定好的功能信息发送给LCD12864液晶屏实时显示，从而实现汽车空调的语音自动控制功能。

LCD12864液晶屏可以显示四行，每行8个汉字，显示界面如图4所示。第一行显示内容为汽车空调开启关闭状态，第二行显示当前汽车空调温度数值，第三行显示当前汽车空调风力值，第四行显示当前汽车空调的运行模式。

3软件设计

汽车空调语音识别系统程序主要包括主函数、串口中断函数、液晶显示函数等。主函数主要包含识别语音命令、发出执行命令、调用液晶显示等，其程序流程图如图5所示。

单片机采用串口SPI协议，与LD3320语音识别模块进行数据通信，功能主要为接受LD3320语音识别模块的数据，识别数据包含的相应功能，通过驱动相应汽车空调模块进行功能执行，并发出应答信号提醒车主，实现人机交互。串口中断流程图如图6所示。

结语

文中提出了一种汽车空调语音识别系统设计方法，通过LD3320语音识别模块和单片机技术相结合实现汽车空调的语音识别功能，从而解放车辆驾驶者的双手，降低车辆驾驶者的精力分散现象，减小驾驶安全隐患。文中给出了汽车空调语音识别系统的硬件电路设计和软件设计实现方法。经过实际应用测试，该系统能够非常方便地通过语音控制汽车空调各功能的选择，识别率较高，能满足大部分驾驶环境下的汽车空调语音识别条件，具有较高的应用价值。

参考文献：

［1］李苗，曹阳明，崔丹丹，等．基于单片机的汽车智能语音车窗控制系统设计［J］．汽车电器，2021（06）．

［2］桑亚超，李龙杰，袁传青，等．关于语音识别在空调上的应用与改善［J］．日用电器，2019（07）．

［3］潘锋．智能语音控制系统设计与研究［J］．电子设计工程，2016（22）．