基于Arduino的语音控制灯带的设计与制作

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目录

1产品功能分析...........................................................................................................1

2设计方案遴选...........................................................................................................1

2.1产品主方案设计...........................................................................................1

2.2芯片以及开发板的选择方案.......................................................................1

2.3语音模块的选择方案...................................................................................2

3产品设计技术标准...................................................................................................3

3.1产品组成.......................................................................................................3

3.2产品功能.......................................................................................................3

4产品硬件设计...........................................................................................................3

4.1系统原理图...................................................................................................3

4.2系统接线图...................................................................................................5

4.3ArduinoUNO开发板....................................................................................5

5产品软件设计...........................................................................................................9

6产品使用说明书.....................................................................................................16

7附录.........................................................................................................................19

I

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基于Arduino语音控制灯带的设计与制作

1产品功能分析

此说明书是以ArduinoUNO开发板连接语音模块控制灯带变换设计为目的

的。产品是以ArduinoUNO开发板做为主体部分，另连接语音识别模块、WS2812B

全彩灯带与喇叭，提前配置好相关的语音命令词条下载到识别模块，当你发出

命令时，语音模块会进行识别，结合ArduinoUNO开发板代码传递到灯带，控

制灯的状态，并作出回应。语音识别模块在智能家具的应用中，受到了大众的

青睐，为人们的生活提供了更多便利，有效地提高了人们的生活质量水平。

2设计方案遴选

2.1产品主方案设计

此方案：基于ArduinoUNO语音控制灯带的设计与制作。

配置语

音

喇叭接

收

开

USB串Arduinounor3语音识

发板

口接入别模块

RGB灯

带效果

图1系统框图

2.2芯片以及开发板的选择方案

方案一：选择STC89C51作为系统的主要芯片。STC89C51单片机学习板是一

1

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款基于8位单片机处理芯片STC89C51RC的系统。它是采用8051核的ISP在系

统可编程芯片，芯片配合PC端就可将程序代码下载到单片机内部，省去了购买

编程器，而且速度比上一代更快。STC89C51系列单片机是兼容8051内核单片

机，是高速、低功耗的新一代8051单片机。

方案二：选择ArduinoUNO作为开发板。ArduinoUNO是一款非常适合单片

机入门的开发板，采用AVR单片机ATmega328P作为主控制器，可以帮助学者快

速的掌握单片机技术，制作一个更加简洁的编程语言。使用Arduino做设计,几

乎不需要考虑硬件部分的设计,可以直接按需求选择Arduino的控制板以及传感

器模块组成自己的需要的硬件系统。Arduino是起步较早的开源硬件项目，它的

硬件电路和软件开发环境都是完全公开的，不做任何保留。我们可以在相关官

网或者论坛里获得所需的各种资源,方便创作出更好更有创意的作品。

综上所述，我选择了ArduinoUNO开发板，它有丰富的第三方资源，有易

用性和交流性，不受太多限制，可以配合图形化编程直接生成代码，也更加适

合连接传感器不用焊接，它编程十分方便，所以我选择使用ArduinoUNO开发板

进行设计。

2.3语音模块的选择方案

实现语音控制灯带的核心就是加入了-语音识别芯片，语音识别模块是在一

种基于嵌入式的语音识别技术的模块，主要包括语音识别芯片和一些其他附属

电路，而语音识别芯片又可以分为在线语音芯片、离线语音芯片。

方案一：在线语音需要通过联网，对接到云盘，可以进行简单的人机交互，

命令词的长度和条数没有限制，非常的自由，适合运用到对人工智能性能要求

较高的场景，如智能机器人等。

方案二：离线语音无需联网，通过设置离线指令来控制灯的状态成本低，

体积较小，但命令词数和长度会被限制，所以更适合智能语音单品，如空调、

灯、洗衣机等。

所以我选择了离线语音芯片，根据我的产品题目控制灯带变化，直接使用

命令词条就可以实现效果，相比在线语音更加的方便和简易。

2

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3产品设计技术标准

此产品使用ArduinoUNO开发板，外接了语音识别模块与ws2812b全彩灯带

组装而成,符合产品设计技术标准。

3.1产品组成

1、ArduinoUNO开发板

2、语音识别模块

3、WS2812B全彩灯带

4、小面包板

5、喇叭

3.2产品功能

当你发出命令时，语音模块会对此进行识别，结合下载在ArduinoUNO开发

板上的代码传递到灯带，以此改变灯的状态，并作出回应。

4产品硬件设计

4.1系统原理图

此产品是基于ArduinoUNO开发板的智能离线语音控制灯带。产品是以

ArduinoUNO开发板作为主体部分，外接语音识别模块与灯带。语音模块的系统

原理图如下：

3

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图2原理图

4

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4.2系统接线图

图3外围电路接线图

4.3ArduinoUNO开发板

Arduino是一个灵活易上手的开源电子原型平台。它包含了两部分：硬

件部分为做电路连接的Arduino电路板，另一部分集成开发环境为Arduino

IDE，用于提供程序开发环境的应用程序。

4.3.1ArduinoUNO开发板特征

1、可以连接各种传感器

2、通过USB直接烧录程序

3、具有14路数字输入/输出口

4、提供6个模拟输入口

5、具有16MHz的时钟频率

6、一个5VDC输出和一个3.3V输出

7、有4个LED指示灯

8、可以在Windows、MacOS、Linux系统上运行

4.3.2ArduinoUNO开发板优点

1、能跨平台开发

2、简单清晰，极易掌握

5

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3、编程方式多样性

4、论坛学习资源足

5、系统完善，开源开放性

6、具有硬件开发的趋势

4.3.3ArduinoUNO原理图

图4ArduinoUNO原理图

6

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图5ArduinoUNO开发板

4.4语音识别模块

SU-03T语音模块是一款低成本、低功耗、小体积的离线语音识别的模块，

可以快速应用于智能家居等。此产品通过智能语音模块来控制LED灯的亮灭以

及亮度的调节。它拥有32bitRISC内核，运行频率240M并且支持DSP指令集

以及FPU浮点运算单元，支持5V电源输入。语音识别模块首先需要在智能公

元生成一键指令（离线档），配置Pin脚，添加命令词与应答，生成语音SDK

下载到语音模块。然后将语音模块与Anduino开发、灯带、喇叭等连接成一个

完整的电路，根据声音控制，发出相对应的指令传送到语音模块，然后进行识

别实现相对应的灯带变化效果，并给予回应。那这个基于Anduino的语音控制

灯带的设计与制作也就完成了。

7

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图6语音识别模块原理图

4.5WS2812B全彩灯带

WS2812BLED灯带可单独控制每个LED的亮度和颜色，单点单控，内置可编

程芯片，可以配合大多数控制权使用，工作电压是5V，而且它可以实现分段显

示不同色彩功能，提供了简单清晰的灯带现实效果。此灯带连接电路后会结合

识别的命令词达到相对应的颜色变换效果。

图7灯带实物图

4.6喇叭

SPK-为喇叭负极，SPK+为喇叭正极

在电路中的作用为音响，播放声音，作出回答

8

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图8接线图

5产品软件设计

5.1程序流程

音控制灯带主用语音模块配置命令并进行人声识别，将程序代码编译完成后

通过串口下载到UNO开发板。具体可以修改代码的识别命令去控制灯带的颜色

和亮度，以下是系统框图的示例。

配置语音

喇叭接收

喇叭接

收

USB串Arduinounor3开发语音识别

口接入板模块

RGB灯

带效果

图9系统流程图

9

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5.2程序代码

程序代码使用的是mind+编程软件以及Arduino编写的。

程序代码如下：

#defineP12

#include<Adafruit_NeoPixel.h>

#include<SoftwareSerial.h>

inttmp_mun;

intRxmun;

//定义4号脚为灯带信号脚

Adafruit_NeoPixelrgb_display_4=Adafruit_NeoPixel(P,4,NEO_GRB+

NEO_KHZ800);

//定义软串口，用于与语音模块连接，2号脚为接收端

SoftwareSerialmySerial(2,3);

//初始化

voidsetup(){

tmp_mun=0;

Rxmun=0;

rgb_display_4.begin();

mySerial.begin(9600);

Serial.begin(9600);

}

voidloop(){

//如果软串口有数据，即读取串口数据，用Rxmun变量存放，并在主串口打

印显示，方便调试。

if(mySerial.available()>0){

tmp_mun=Rxmun;

Rxmun=mySerial.read();

Serial.println(Rxmun);}

10

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switch(Rxmun){

//当接收到是1时，设置颜色为红色

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;

//当接收到是2时，设置颜色为蓝色

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;

//当接收到是3时，设置颜色为绿色

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;

//当接收到是4时，设置颜色为紫色

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;

//当接收到是5时，设置颜色为白色

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;

//当接收到是6时，设置颜色为七彩变换

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;

//当接收到是7时，设置亮度为100，颜色为白色，表示开灯

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;

//当接收到是8时，设置亮度为0，表示关灯

case8:

rgb_display_4.setBrightness(0);

rgb_display_4.show();

Rxmun=tmp_mun;

break;

//当接收到是9时，设置亮度是20

case9:

rgb_display_4.setBrightness(20);

rgb_display_4.show();

Rxmun=tmp_mun;

break;

//当接收到是10时，设置亮度是100

case10:

rgb_display_4.setBrightness(100);

rgb_display_4.show();

Rxmun=tmp_mun;

break;

}

}

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6产品使用说明书

6.1产品装配图

Arduinouno开发板

面包板

语音识别模块

喇叭WS2812B全彩灯带

图10产品装配图

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6.2产品操作说明

第一步：接通电源。

图11实物操作图

第二步：发出命令，灯带变化。

图12实物操作图

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7附录

7.1元器件清单