arduino 语音音箱：语音控制、MP3播放、报时、回复温湿度情况

效果图

线路图

包装后的效果

功能

需要材料

arduino板
MP3播放模块及喇叭
时钟模块
温湿度模块
语音识别模块
面包板及其他线材、电阻
TF卡（用于储存音频）

原理

通过语音识别模块对使用者的语音指令进行与设置的指令匹配，匹配成功调用MP3模块播放对应音乐。
因为MP3播放需要一定的delay，但是由于系统自带的delay会阻塞arduino的操作，因此需要将大的延迟拆分成许多小块，每执行一个小块，就调用一次语音识别模块，使其能在有指令后能快速反应。
MP3模块的使用需要按指定格式，例如文件名需要按照指定格式命名。中间有部分音频做为音箱的人机交互的对话。

理论知识

Arduino是一个基于开放原始码的软硬件平台，可用来开发独立运作、并具互动性的电子产品，也可以开发与PC相连的周边装置，同时能在运行时与PC上的软件进行交互。为了测量正弦波电压有效值，首先我们设计了单电源供电的半波整流电路，并进行整流滤波输出，然后选择了通过Arduino设计了读取电压有效值的程序，并实现使用此最小系统来测量和显示电压有效值。在频率和直流电压幅度限定在小范围的情況下，最小系统的示数基本和毫伏表测量的值相同。根据交流电压有效值的定义，运用集成运放和设计的Arduino最小系统的结合，实现了运用少量元器件对交流电压有效值的测量。

实验目的

在很多人眼里依旧是新潮玩意的智能音箱，往往具备智能家居声控中心和个人助理两大核心功能。通过智能音箱可以实现对家居中的智能电器进行联网和语音控制，同样也可完成日常安排、订餐厅、叫车、阅读、翻译、通话等类似个人助理的功能。智能音箱的优势在于其能够通过语音实现“隔空操作”，在人们不方便使用手机或其他电子设备时提供帮助。

智能音箱首先承载的功能是音乐播放，其次是联网智能，因此，音乐娱乐市场的繁荣程度是音箱普及的前提条件。

通过智能音箱可以控制智能灯泡、窗帘、安全监控等智能家居产品，因此未来智能音箱的普及将大大提升家庭语音交互的使用频率，从而带动智能家居行业进入实质性发展阶段。

主要功能

1、开机语音：欢迎使用语音音箱；

2、询问温湿度情况：她会及时做出反应，播报当前温度和湿度；

3、命令随机：会随机播放任何一首音乐，TF里共存储20首音乐；

4、命令暂停：暂停当前正在放的音乐；

5、命令继续，继续播放已暂停的歌；

6、加大/降低音量：在播放过程中，可以用语音控制加大或者调低音量；

7、上一首/下一首：切换前一首或下一首歌曲。

前期准备知识

C语言

Arduino使用C/C++编写程序，虽然C++兼容C语言，但这是两种语言，C语言是一种面向过程的编程语言，C++是一种面向对象的编程语言。早期的Arduino核心库使用C语言编写，后来引进了面向对象的思想，目前最新的Arduino核心库采用C与C++混合编写而成。

通常我们说的Arduino语言，是指Arduino核心库文件提供的各种应用程序编程接口（Application Programming Interface，简称API）的集合。这些API是对更底层的单片机支持库进行二次封装所形成的。例如，使用AVR单片机的Arduino的核心库是对AVR-Libc（基于GCC的AVR支持库）的二次封装。

传统开发方式中，你需要厘清每个寄存器的意义及之间的关系，然后通过配置多个寄存器来达到目的。

代码

//引入依赖

#include <LiquidCrystal.h>

#include <ld3320.h>

#include <stdlib.h>

#include <SoftwareSerial.h>    //软串口头文件名

#include <DFPlayer_Mini_Mp3.h> //MP3头文件名

#include <Wire.h>

#include <RTClib.h>

#include <DHT.h>

#include <DHT_U.h>

#define DHTPIN 14

#define DHTTYPE DHT11

#define Led A1

#define MP3GO A3

void showTimeAndDHT();

void play();

void defa();

int recoderRun();

int myDelay(int t);

int random_play();

int getRandom();

RTC_DS1307 RTC;

VoiceRecognition Voice;

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

byte heart[8] = {0b00100, 0b01000, 0b11000, 0b11111, 0b00011, 0b00010, 0b00100, 0b00000};

int theVo = 25;

// 初始化针脚

const int rs = 3, en = 5, d4 = 6, d5 = 7, d6 = 8, d7 = 10;

LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);

int myDelay(int t)

{

  int c = 0;

  c = t / 100;

  for (int i = 0; i < c; i++)

  {

    delay(100);

    if (!recoderRun())

      return 0;

  }

  return 1;

}

int getRandom()

{

  int i = 30;

  randomSeed(RTC.now().second());

  i = random(53);

  while ((i >= 0 && i <= 10) || (i >= 21 && i <= 29))

  {

    i = random(53);

  }

  return i;

}

int random_play()

{

  int i = 30;

  i = getRandom();

  mp3_play(i);

  // if (!myDelay(300000))

  //   return 0;

  delay(5000);

  while(1)

  {

    if(!myDelay(1500)) return 0;

    if(digitalRead(MP3GO) == HIGH)

    {

      i = getRandom();

      mp3_play(i);

    }

  }

  return 1;

}

void setup()

{

  // 设定LCD 的行列数目(2 x 16)

  pinMode(MP3GO, INPUT);

  lcd.begin(16, 2);

  Serial.begin(9600);

  Wire.begin();

  RTC.begin();

  RTC.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__));

  lcd.createChar(1, heart);

  lcd.write(1);

  //Serial.println(F("DHTxx test!"));

  dht.begin();

  Serial.begin(9600);     //串口波特率，9600

  mp3_set_serial(Serial); //定义MP3串口为Arduino串口。

  mp3_set_volume(theVo);  //设置音量。

  Voice.init();                     //初始化VoiceRecognition模块

  Voice.addCommand("kai deng", 0);  //添加指令，参数（指令内容，指令标签（可重复））

  Voice.addCommand("guan deng", 1); //添加指令，参数（指令内容，指令标签（可重复））

  Voice.addCommand("xia yi shou", 2);

  Voice.addCommand("shang yi shou", 3);

  Voice.addCommand("zhan ting", 4);

  Voice.addCommand("ji xu", 5);

  Voice.addCommand("ting zhi", 6);

  Voice.addCommand("sui ji yin yue", 7);

  Voice.addCommand("xian zai shi jian", 8);

  Voice.addCommand("wen shi du qing kuang", 9);

  Voice.addCommand("xian zai wen shi du", 10);

  Voice.addCommand("jia da yin liang", 11);

  Voice.addCommand("jiang di yin liang", 12);

  Voice.addCommand("bo fang yin yue ba", 13);

  Voice.addCommand("guan ji",14);

  Voice.start(); //开始识别

  pinMode(Led, OUTPUT);   //初始化LED引脚为输出模式

  digitalWrite(Led, LOW); //LED引脚低电平

  //showTimeAndDHT();

  defa();

  play();

}

void showTimeAndDHT()

{

  lcd.setCursor(0, 0);

  lcd.write(1);

  float h = dht.readHumidity();

  float t = dht.readTemperature();

  float hic = dht.computeHeatIndex(t, h, false);

  lcd.print('T');

  lcd.print(':');

  lcd.print(hic);

  lcd.print(' ');

  lcd.print('H');

  lcd.print(':');

  lcd.print(h);

  lcd.print(' ');

  lcd.setCursor(0, 1);

  DateTime now = RTC.now();

  lcd.print(now.year());

  lcd.print('/');

  lcd.print(now.month());

  lcd.print('/');

  lcd.print(now.day());

  lcd.print(' ');

  lcd.print(now.hour());

  lcd.print(':');

  lcd.print(now.minute());

}

void play()

{

  mp3_play(23);

  delay(2000);

}

int whatTH()

{

  int h = 0, m = 0, hic = 0, t = 0;

  if (!myDelay(1000))

    return 0;

  mp3_stop();

  showTimeAndDHT();

  t = dht.readTemperature();

  h = (int)dht.readHumidity();

  hic = (int)dht.computeHeatIndex(t, h, false);

  mp3_stop();

  mp3_play(26);

  if (!myDelay(2000))

    return 0;

  if (t / 10 > 0)

  {

    mp3_play(t / 10);

    if (!myDelay(600))

      return 0;

    mp3_play(10);

    if (!myDelay(600))

      return 0;

  }

  if (t % 10 != 0)

  {

    mp3_play(t % 10);

    if (!myDelay(600))

      return 0;

  }

  if (t == 0)

  {

    mp3_play(2);

    if (!myDelay(600))

      return 0;

    mp3_play(10);

    if (!myDelay(600))

      return 0;

    mp3_play(4);

    if (!myDelay(600))

      return 0;

  }

  if (!myDelay(1000))

    return 0;

  mp3_play(24);

  myDelay(800);

  if (h / 10 > 0)

  {

    mp3_play(h / 10);

    if (!myDelay(600))

      return 0;

    mp3_play(10);

    if (!myDelay(600))

      return 0;

  }

  if (h % 10 != 0)

  {

    mp3_play(h % 10);

    if (!myDelay(600))

      return 0;

  }

  mp3_stop();

  defa();

  Voice.read();

  return 1;

};

int whatTime()

{

  int h = 0, m = 0, hic = 0, t = 0;

  showTimeAndDHT();

  mp3_stop();

  if (!myDelay(1000))

    return 0;

  mp3_play(25);

  if (!myDelay(2000))

    return 0;

  h = (int)RTC.now().hour();

  if (h / 10 > 0)

  {

    mp3_play(h / 10);

    if (!myDelay(600))

      return 0;

    mp3_play(10);

    if (!myDelay(600))

      return 0;

  }

  if (h % 10 != 0)

  {

    mp3_play(h % 10);

    if (!myDelay(600))

      return 0;

  }

  if (h == 0)

  {

    mp3_play(2);

    if (!myDelay(600))

      return 0;

    mp3_play(10);

    if (!myDelay(600))

      return 0;

    mp3_play(4);

    if (!myDelay(600))

      return 0;

  }

  mp3_play(21);

  if (!myDelay(600))

    return 0;

  m = (int)RTC.now().minute();

  if (m / 10 > 0)

  {

    mp3_play(m / 10);

    if (!myDelay(600))

      return 0;

    mp3_play(10);

    if (!myDelay(600))

      return 0;

  }

  if (m % 10 != 0)

  {

    mp3_play(m % 10);

    if (!myDelay(600))

      return 0;

  }

  if (m != 0)

  {

    mp3_play(22);

    if (!myDelay(600))

      return 0;

  }

  mp3_stop();

  defa();

  Voice.read();

  return 1;

}

int recoderRun()

{

  int h = 0, m = 0, hic = 0, t = 0;

  switch (Voice.read()) //判断识别

  {

  case 0: //若是指令“kai deng”

    //digitalWrite(Led, HIGH);                //点亮LED

    break;

  case 1: //若是指令“guan deng”

    //digitalWrite(Led, LOW); //熄灭LED

    break;

  case 2:

    //mp3_stop ();

    mp3_play(28);

    delay(2500);

    Voice.read();

    if (!random_play())

      return 0;

    break;

  case 3:

    //mp3_stop ();

    mp3_prev();

    break;

  case 4:

    mp3_pause();

    break;

  case 5:

    mp3_play();

    //mp3_random_play();

    break;

  case 6:

    mp3_stop();

    break;

  case 13:

  case 7:

    mp3_play(29);

    delay(2500);

    Voice.read();

    if (!random_play())

      return 0;

    break;

  case 8:

    whatTime();

    defa();

    break;

  case 9:

  case 10:

    whatTH();

    defa();

    break;

  case 11:

    theVo += 2;

    mp3_set_volume(theVo);

    break;

  case 12:

    theVo -= 2;

    mp3_set_volume(theVo);

    break;

  case 14:

    Voice.reset();

  default:

    return 1;

    break;

  }

  delay(100);

  return 0;

}

void defa()

{

  lcd.clear();

  lcd.setCursor(0, 0);

  lcd.write(1);

  lcd.print("Intellgent MP3");

  lcd.setCursor(0, 1);

  lcd.print("la la la ~");

}

void loop()

{

  recoderRun();

}

参考链接

【1】Arduino连接LCD1602显示屏

【2】Arduino使用蓝牙通信模块

【3】使用Arduino Uno输出自定义频率的PWM

【4】LD3320 Board

【5】Arduino系列教程十：语音识别模块 LD3320

【6】MP3音乐播放器模块示例教程适用于Arduino平台

【7】DFPlayer Mini模块