【电子综合设计】离线语音控制器

3周前

简介:摆脱网络的限制,智能家居,从设计一个简单的语音控制器开始。

开源协议: GPL 3.0

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描述

1 简介

      使用语音识别专用芯片设计一款离线式语音控制的插座,摆脱网络的限制,能够在没有网络的情况下还能通过语音控制家中设备的通断。该项目提供一个专用外壳,测试成功后还能在日常生活中使用,具有实用价值。

2 知识点

(1)学习智能家居产品的设计思路和方法;

(2)学习离线语音识别芯片的使用方法;

(3)学习继电器驱动原理,了解高压隔离布线规则;

(4)了解隔离式电源220转5V的设计思路;

(5)了解驻极体话筒的选型与使用方法;

(6)了解如何根据外壳设计一个合适的PCB外形;

(7)学习使用立创EDA设计原理图及PCB图;

(8)学习PCB板的组成及工厂生产流程;

(9)练习焊接技能,掌握万用表、电烙铁等工具的使用;

3 板载资源介绍

(1)板载220V转5V/1A的隔离电源模块,可直接接入市电;

(2)板载继电器,可以外接用电设备;

(3)使用专用语音识别芯片,固件已烧录,无需代码开发即可使用;

(4)除语音控制外还提供一路按键,手动控制设备的通断情况;

4 电路功能分析

      该电路设计简单,主要分为:220V转5V隔离电源模块接口电路、SNR3512语音识别电路、继电器控制电路、LED指示电路和按键控制电路组成。

4.1 220V转5V隔离电源电路

      由于设计隔离电源稍微有些麻烦,为保证设计的安全性及成功率,该案例使用了了一个220V转5V的隔离电源模块。输入输出使用一个4P的接线端子或者两个2P的接线端子,图中CN1标识的端子第3和第4脚接到U1电源模块,使用220V交流电进行输入(可以找一些两线的插头改造)。经过隔离电源模块输出5V给语音芯片进行供电。接线端子的1脚和2脚接供电设备,可以接一个灯泡使用。在安装过程中注意用电安全,火线和零线不能同时接到2脚和3脚,防止短路!!类似模块较多,暂不做推荐。下个版本将直接使用5V供电。

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                 220V转5V隔离电源模块

4.2语音识别电路

      该电路使用了智纳捷的SNR3512VR增强型语音识别单片机,该芯片基于32位的高品质语音识别处理器,外围电路设计简单,功能丰富。主要功能如下:
  • 3 组 16 位的定时器(Timer);
  • 单通道硬体 PWM-IO 输出,提供互补式输出,并具备外部讯号捕抓(Capture)功能;
  • 3 通道、12 位的 SAR模拟数字转换器(ADC),具备 MIC 前置放大器、AGC/PGA,支持差动式 MIC 输入,以及各式模拟感测元件输入;
  • 14 位的数字转换器(DAC)搭配 1.5瓦的推挽式功放可直接驱动喇叭;
  • 每个 I/O 管脚独立控制、可作为多功能用途的 GPIO;
  • UART TX/RX 可作为串行通讯接口

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       在定制功能时8脚PA3按键输入控制,9脚PA4外接继电器控制用电设备,13脚PA15外接LED输

  • 按键功能为:不用语音识别的情况下,按下按键,继电器闭合;再按一下按键,继电器关闭,实现手动开关的功能;
  • LED灯功能为:当识别到语音指令时,LED灯亮起。当LED熄灭时,关闭语音识别;
  • MIC驻极体话筒:收集语音信息,测试用的是低阻抗-36db的直插型号,立创商城编号为:C233939
  • U2喇叭:使用了一个8Ω 1W的小喇叭,也可以自己设计一个功率放大电路使声音更加响亮。

4.3 继电器控制电路

      该部分使用了一个NPN管设计一个开关电路控制继电器的通断,D1二极管保护驱动三极管不被继电器中电感的反电动势击穿,也称为续流二极管。R3输入接语音芯片的PA4引脚,当语音信号给一个高电平信号时三极管导通,继电器闭合,220V_L与220V_OUT连通。
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5 应用举例

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               夜灯改造

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              夜灯改造

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   台灯改造

6 注意事项
  1. 该电路为220V工作,可以省去隔离电源模块,直接用5V工作,买一个5V的小台灯进行改造成语音控制作品;
  2. 语音芯片为定制芯片,如需使用可以联系原厂或者换一些其它的芯片使用。立创EDA不提供任何购买需求。
  3. 该方案为实际应用方案,仅做学习参考使用,严禁一切以盈利为目的的商业活动;
  4. 该电路匹配外壳,可按参考图中外形尺寸布局设计,也可以自行找一些公模使用;
  5. 注意用电功率,该电源模块不能接电风扇等大功率家电,可更改电源模块应用到更多场合中;
  6. 如果有教学或其它需要批量采购可联系立创EDA进行推荐相关厂商购买相关物料。

文档

离线式语音控制器_Sch

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离线式语音控制器_PCB

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BOM

ID Name Designator Footprint Quantity
1 1uF C1,C2,C3,C4 CAP-TH_L5.0-W2.5-P5.08-D0.7 4
2 WJ128V-4P-5.0-14-00A CN1 CONN-TH_4P-P5.00_WJ128V-4P-5.0-14-00A 1
3 1N4007 D1 DO-41_BD2.4-L4.7-P8.70-D0.9-RD 1
4 HK4100F-DC5V-SDG K1 RELAY-TH_HK4100F-DC5V-SDG 1
5 K4-6×6_SMD KEY1 KEY-SMD_4P-L6.0-W6.0-P3.90-LS10.0 1
6 LED-TH-3mm_R LED1 LED-TH_BD3.0_RED 1
7 GMI6050P-36DB MIC1 MIC-TH_BD6.0-P2.00-V 1
8 SS8050_C717455 Q1 TO-92-3_L4.9-W3.7-P2.54-L 1
9 1K R1,R2,R3,R4,R5,R6 RES-TH_BD2.5-L6.5-P10.50-D0.6 6
10 220V转5V隔离电源-3W模块 U1 220V转5V隔离电源模块 1
11 喇叭8R1W U2 2.54-1*2P_JX 1
12 SNR3512VR U3 SOP16_150MIL_JX 1
13 外形尺寸 U4 离线语音控制器外形尺寸 1

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