任務(wù)三智能語音系統(tǒng)的安裝與調(diào)試【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解語音識別技術(shù)及其分類。2．了解語音識別傳感器的引腳定義及接線方法。3．能根據(jù)OLED顯示屏的引腳定義及電路原理，正確連接OLED顯示屏。4．能獲取語音識別傳感器等的數(shù)據(jù)，將結(jié)果顯示在OLED顯示屏上。5．培養(yǎng)勇于探索的創(chuàng)新精神?！救蝿?wù)情景】語音控制的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單、便捷、人性化，無須使用遙控器或手機(jī)App，只需簡單的口頭指令即可完成操作。智能語音系統(tǒng)可以用于控制家電設(shè)備或查詢天氣預(yù)報、新聞、路線等。對于老年人或身體不便的人，智能語音系統(tǒng)能使他們的生活更方便。請利用語音識別傳感器和OLED顯示屏模塊，完成一個智能語音系統(tǒng)的制作任務(wù)。【任務(wù)分析】要實現(xiàn)智能語音系統(tǒng)，首先要認(rèn)識語音識別傳感器，了解其工作原理、引腳定義和接線方法。本任務(wù)使用物聯(lián)網(wǎng)套件制作一個小型驗證機(jī)，來實現(xiàn)智能語音系統(tǒng)?！鞠嚓P(guān)知識】一、語音識別技術(shù)簡介二、語音識別技術(shù)分類三、語音識別模式匹配方法一、語音識別技術(shù)簡介語音識別技術(shù)通常使用語音識別傳感器捕捉和接收語音信號，并將語音信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過識別和理解的過程，把信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的文本或命令。語音識別技術(shù)主要包括特征提取技術(shù)、模式匹配準(zhǔn)則和模型訓(xùn)練技術(shù)。二、語音識別技術(shù)分類根據(jù)識別的對象不同，語音識別任務(wù)大體可分為3類，即孤立詞識別（IsolatedWordRecognition）、關(guān)鍵詞識別（KeywordSpotting）和連續(xù)語音識別。其中，孤立詞識別的任務(wù)是識別事先已知的孤立的詞，如“開機(jī)”“關(guān)機(jī)”等；關(guān)鍵詞識別的任務(wù)是識別連續(xù)語音，但它并不識別全部文字，而只是檢測已知的若干關(guān)鍵詞在何處出現(xiàn)，如在一段話中檢測“計算機(jī)”“世界”這兩個詞；連續(xù)語音識別的任務(wù)則是識別任意的連續(xù)語音，如一個句子或一段話。三、語音識別模式匹配方法在訓(xùn)練階段，用戶將詞匯表中的每個詞依次說一遍，并且將其特征矢量作為模板存入模板庫。在識別階段，將輸入語音的特征矢量依次與模板庫中的每個模板進(jìn)行相似度比較，將相似度最高者作為識別結(jié)果輸出。

【技能訓(xùn)練】活動一

測試和配置語音識別傳感器活動二

編寫圖形程序活動三

解讀程序代碼活動四上傳與調(diào)試程序活動一測試語音指令接收功能一、語音識別傳感器的語音指令接收功能測試過程如下。（1）用USB串口工具連接語音識別傳感器，按表4-17接線，語音識別傳感器調(diào)試接線圖如圖4-18所示。語音識別傳感器引腳USB串口工具引腳VCC5VGNDGNDB7/TX1RXB6/RX1TX活動一測試語音指令接收功能一、語音識別傳感器的語音指令接收功能測試過程如下。（1）用USB串口工具連接語音識別傳感器，按表4-17接線，語音識別傳感器調(diào)試接線圖如圖4-18所示。語音識別傳感器引腳USB串口工具引腳VCC5VGNDGNDB7/TX1RXB6/RX1TX活動一測試語音指令接收功能（2）連接揚(yáng)聲器。把揚(yáng)聲器連接到語音識別傳感器的SPK+和SPK?引腳，揚(yáng)聲器引腳不用區(qū)分正負(fù)。（3）把USB串口工具接到計算機(jī)或充電寶上。此時就會聽到開機(jī)播報聲。對智能語音系統(tǒng)說“小智精靈”或“小智小智”等，等待回應(yīng)后再說“一號燈”“二號燈”“三號燈”“打開全部燈”“關(guān)閉全部燈”等，若智能語音系統(tǒng)有回應(yīng)，則表示功能測試成功?；顒右粶y試語音指令接收功能目前語音識別傳感器已更新了帶學(xué)習(xí)功能的固件。語音識別傳感器默認(rèn)出廠詞條如圖4-19所示。學(xué)習(xí)功能的設(shè)置方法如下。（1）改變智能語音系統(tǒng)的喚醒詞（名字）：先說“小智小智”，再說“開始學(xué)習(xí)喚醒詞”。（2）改變智能語音系統(tǒng)的命令詞：先說“小智小智”，再說“開始學(xué)習(xí)命令詞”。（3）清除學(xué)習(xí)內(nèi)容：先說“小智小智”，再說“重置學(xué)習(xí)”。語音識別傳感器默認(rèn)出廠詞條活動一測試語音指令接收功能調(diào)試語音識別傳感器串口數(shù)據(jù)的目的是通過計算機(jī)或單片機(jī)向智能語音系統(tǒng)的串口發(fā)送消息，控制智能語音系統(tǒng)工作或語音播報?；顒右粶y試語音指令接收功能活動一測試語音指令接收功能活動一測試語音指令接收功能活動二組裝設(shè)備一、梳理設(shè)備控制的邏輯關(guān)系

本任務(wù)中，語音識別傳感器將獲取的語音數(shù)據(jù)發(fā)給ArduinoMega2560開發(fā)板，開發(fā)板將結(jié)果顯示在OLED顯示屏中。智能語音系統(tǒng)的設(shè)備控制邏輯關(guān)系活動二組裝設(shè)備二、組裝硬件設(shè)備智能語音系統(tǒng)的設(shè)備引腳連接語音識別傳感器引腳OLED顯示屏引腳Arduino開發(fā)板引腳VCCVCC5VGNDGNDGNDRX

TX3TX

RX3

SCK21

SDA20活動二組裝設(shè)備二、組裝硬件設(shè)備（1）將語音識別傳感器的VCC引腳、OLED顯示屏的VCC引腳、Arduino開發(fā)板的5V引腳都接在供電接口上。（2）將語音識別傳感器的GND引腳、OLED顯示屏的GND引腳、Arduino開發(fā)板的GND引腳都接在接地接口上。（3）將語音識別傳感器的RX引腳接到Arduino開發(fā)板的TX3引腳上。（4）將語音識別傳感器的TX引腳接到Arduino開發(fā)板的RX3引腳上。（5）OLED顯示屏的SCK引腳可以接到Arduino開發(fā)板的引腳21上。（6）OLED顯示屏的SDA引腳可以接到Arduino開發(fā)板的引腳20上?；顒佣M裝設(shè)備三、組裝設(shè)備的注意事項如下。（1）語音識別傳感器的連接線應(yīng)該為紅色線接電源正極、黑色線接電源負(fù)極，切不可接反。（2）連接線上的引腳較尖銳，在操作過程中要注意安全?；顒尤帉憟D形程序一、分析程序流程（1）OLED顯示屏模塊初始化。（2）不斷讀取語音識別傳感器的數(shù)據(jù)。（3）判斷讀取的值是否為預(yù)設(shè)的值，如果是，則在OLED顯示屏中顯示“口令正確”；如果不是，則在OLED顯示屏中顯示“口令錯誤”。智能語音系統(tǒng)的程序流程圖活動三編寫圖形程序二、搭建程序積木智能語音系統(tǒng)的程序完整流程活動三解讀程序代碼一、查看Mind+軟件自動生成的代碼（1）單擊Mind+軟件右上角的“代碼區(qū)”按鈕。（2）單擊“自動生成”選項卡，如圖2-10所示，就能查看Mind+軟件根據(jù)主窗口的程序積木框架自動生成的ArduinoC語言的代碼。智能語音系統(tǒng)的ArduinoC語言的代碼活動三解讀程序代碼二、代碼解析代碼含義#include<DFRobot_SSD1306_I2C.h>調(diào)用顯示屏庫文件constchCodechBuf[]={……};OLED顯示屏模塊初始化voidsetup(){

Serial3.begin(9600);

oled12864.setChCode(chBuf);

oled12864.begin(0x3c);}串口初始化，設(shè)定波特率為9600voidloop(){循環(huán)執(zhí)行程序if((Serial3.read()==10)){

oled12864.setCursorLine(1);

oled12864.printLine("口令正確");}如果串口3獲取的數(shù)據(jù)為10，則在OLED顯示屏上顯示“口令正確”else{

oled12864.setCursorLine(1);

oled12864.printLine("口令錯誤");}否則，在OLED顯示屏上顯示“口令錯誤”活動四上傳與調(diào)試程序智能語音系統(tǒng)的運(yùn)行效果【任務(wù)評價】序號主要內(nèi)容評價標(biāo)準(zhǔn)分值/分得分/分1語音識別技術(shù)能正確說出語音識別技術(shù)及技術(shù)分類10

2語音識別傳感器的識別能快速、準(zhǔn)確地從物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)套件中找出語音識別傳感器10

3語音識別傳感器引腳的識別能準(zhǔn)確說出語音識別傳感器引腳標(biāo)志的含義10

4語音識別傳感器的組裝能根據(jù)設(shè)備連接圖快速組裝電路10

5語音識別傳感器的調(diào)試能根據(jù)需求，正確搭建和配置Mind+軟件10

能使用Mind+軟件，利用積木程序正確編寫功能程序10

能正確運(yùn)行程序，使運(yùn)行結(jié)果與功能需求一致10

6職業(yè)素養(yǎng)實驗中，操作要安全、規(guī)范。完成實驗后，應(yīng)將相關(guān)元件、模塊等收納整齊，保持實驗桌面干凈、整潔10

7學(xué)習(xí)態(tài)度能主動參與課堂討論和實踐活動，積極尋求解決問題的方法10

能按時完成學(xué)習(xí)及工作任務(wù)10

總計100【拓展學(xué)習(xí)】智能音箱智能音箱是一種集成語音識別、語音合成和自然語言處理等技術(shù)的智能設(shè)備，可實現(xiàn)語音交互、音樂播放、智能家居控制和消息提醒等功能。智能音箱的外觀設(shè)計多樣，通常呈圓柱或立方體狀，并配備顯示設(shè)備。智能音箱的基礎(chǔ)技術(shù)是語音識別技術(shù)和語音合成技術(shù)。隨著人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步和智能家居的普及，智能音箱越來越常見，其功能和性能將不斷提升。智能音箱的技術(shù)框架包括前端硬件、中央處理器、語音識別引擎、自然語言處理引擎、應(yīng)用控制引擎和云服務(wù)平臺，可以實現(xiàn)語音互動、智能控制、多媒體播放等功能。智能音箱的工作包括聲音采集、前端聲音預(yù)處理、語音喚醒、語音識別、意圖識別、意圖匹配和響應(yīng)生成等。【思考與練習(xí)】1．語音識別傳感器適用于什么地方？2．如何利用語音識別傳感器實現(xiàn)控制電機(jī)的開和關(guān)？任務(wù)一物聯(lián)網(wǎng)通信模塊的配置【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．理解WiFi通信中常用AT指令的含義和用法。2．能正確使用WiFi的AT指令調(diào)試WiFi模塊。3．能使用WiFi固件燒寫工具燒寫WiFi固件程序。4．增強(qiáng)規(guī)則意識和安全意識，嚴(yán)格執(zhí)行物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)維的操作流程?！救蝿?wù)情景】某公司有一批WiFi模塊庫存，因這批WiFi模塊的固件程序版本過低，需要對這批WiFi模塊進(jìn)行固件程序升級，并進(jìn)行通信測試?！救蝿?wù)分析】WiFi的高版本固件程序?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)通信協(xié)議具有更好的支持，升級固件程序不僅需要認(rèn)識WiFi模塊的引腳、會使用固件升級工具，還需要了解WiFi的AT指令的用法。本任務(wù)暫不要求接入物聯(lián)網(wǎng)云平臺，需先進(jìn)行WiFi的固件程序升級，學(xué)習(xí)AT指令，并對WiFi模塊進(jìn)行測試。【相關(guān)知識】一、WiFi簡介二、WiFi模塊三、WiFi的AT指令一、RGB彩燈模塊簡介無線保真（WirelessFidelity，WiFi）是一種允許電子設(shè)備通過無線電波連接無線局域網(wǎng)的技術(shù)?！癢iFi”是一個無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的品牌，由WiFi聯(lián)盟持有。它基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)，通常工作在2.4GHz或5GHz的特高頻或超高頻頻段。WiFi的工作原理是通過發(fā)射和接收無線電波來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。這些無線電波在空氣中傳播，當(dāng)遇到障礙物時會被反射、折射或吸收。為了提高傳輸質(zhì)量，WiFi設(shè)備通常會使用多徑傳播和空間復(fù)用技術(shù)來優(yōu)化無線電波傳播路徑。WiFi技術(shù)有多種標(biāo)準(zhǔn)，其中常用的是IEEE802.11n和IEEE802.11ac。這些標(biāo)準(zhǔn)定義了不同類型的WiFi設(shè)備之間的兼容性和性能要求。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，WiFi的數(shù)據(jù)傳輸速度和可靠性也在不斷提高，滿足了越來越多用戶的需求。WiFi的無線電波覆蓋范圍廣，不論是在辦公室中還是在整棟大樓中都可使用。WiFi的技術(shù)成本比較低。只要在機(jī)場、車站、咖啡店、圖書館等人員較密集的地方設(shè)置“熱點(diǎn)”，用戶只要將支持

WiFi

的設(shè)備拿到“熱點(diǎn)”覆蓋區(qū)域內(nèi)，即可高速接入互聯(lián)網(wǎng)。商家不用耗費(fèi)資金進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布線就能提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，節(jié)約了大量的成本。二、WiFi模塊WiFi模塊是支持WiFi協(xié)議的電子硬件模塊，主要應(yīng)用于個人計算機(jī)、服務(wù)器、路由器、嵌入式設(shè)備等不同的電子產(chǎn)品中。WiFi模塊品牌眾多，支持的協(xié)議版本不同，性能也有一定差異。WiFi模塊雖然外觀不同，但是使用方法大同小異。通過本任務(wù)可以舉一反三地掌握不同品牌WiFi模塊的使用方法。本書使用的WiFi模塊為我國生產(chǎn)的ESP8266WiFi模塊。要在項目中正確使用WiFi模塊，就需要了解WiFi模塊的引腳定義。下面對ESP8266WiFi模塊引腳進(jìn)行介紹。ESP8266WiFi模塊的正面和反面分別如圖5-1、圖5-2所示。在該模塊反面的最下方有一排引腳，每個引腳都有字母標(biāo)志，其中，VCC表示該引腳接入直流電源的正極；GND表示接入直流電源的負(fù)極；TXD表示發(fā)送數(shù)據(jù)引腳；RXD表示接收數(shù)據(jù)引腳；RST表示復(fù)位引腳，用于重啟WiFi模塊；IO_0用于固件程序升級，在升級時，需將IO_0引腳接地（GND）。

三、WiFi的AT指令WiFi模塊的核心部件是一個芯片，該芯片內(nèi)部存儲著WiFi的固件程序。利用串口向WiFi模塊發(fā)送AT指令，WiFi內(nèi)部的程序就會解析這些AT指令，并完成這些AT指令所表達(dá)的任務(wù)。常用AT指令使用說明如表5-1所示。三、WiFi的AT指令WiFi模塊的核心部件是一個芯片，該芯片內(nèi)部存儲著WiFi的固件程序。利用串口向WiFi模塊發(fā)送AT指令，WiFi內(nèi)部的程序就會解析這些AT指令，并完成這些AT指令所表達(dá)的任務(wù)。常用AT指令使用說明如表5-1所示。三、WiFi的AT指令WiFi模塊的核心部件是一個芯片，該芯片內(nèi)部存儲著WiFi的固件程序。利用串口向WiFi模塊發(fā)送AT指令，WiFi內(nèi)部的程序就會解析這些AT指令，并完成這些AT指令所表達(dá)的任務(wù)。常用AT指令使用說明如表5-1所示?！炯寄苡?xùn)練】根據(jù)前面的分析，從物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)套件中找出本任務(wù)所需的硬件設(shè)備，硬件設(shè)備清單如表

5-2所示。活動一升級固件程序活動二WiFi的AT指令的使用活動一升級固件程序一、安裝驅(qū)動程序WiFi模塊無法與計算機(jī)的USB接口直接相連，需要使用USBTOTTL模塊進(jìn)行信號轉(zhuǎn)接。USBTOTTL模塊對于計算機(jī)來說是一個陌生的硬件，計算機(jī)需要安裝該硬件的驅(qū)動程序才能正常識別它。USBTOTTL模塊的驅(qū)動程序存放在教材配套資源\模塊五\任務(wù)一\CH340Gusbtottl驅(qū)動\驅(qū)動軟件的文件夾內(nèi)，在其中找到“CH341SER.exe”文件，雙擊該文件，即可完成該硬件驅(qū)動程序的安裝。安裝完驅(qū)動程序，在計算機(jī)的USB接口上插入USBTOTTL模塊后，可在計算機(jī)的設(shè)備管理器中查看相應(yīng)的設(shè)備，如圖5-3所示。圖5-3在設(shè)備管理器中查看設(shè)備活動一升級固件程序二、硬件連接連接USBTOTTL模塊與ESP8266WiFi模塊，為ESP8266WiFi模塊固件程序升級做好準(zhǔn)備。ESP8266WiFi模塊與USBTOTTL模塊連接的引腳對應(yīng)關(guān)系如表5-3所示。需要注意的是，USBTOTTL模塊只有一個GND引腳，而ESP8266WiFi模塊的GND和IO_0兩個引腳都需要接到USBTOTTL模塊的GND引腳。所以，USBTOTTL模塊的GND引腳不夠用，這種情況下，可借用面包板來拓展USBTOTTL模塊的GND引腳。ESP8266WiFi模塊與USBTOTTL模塊接線圖如圖5-4所示?；顒右簧壒碳绦蛉龑懝碳绦颍?）將接好線的USBTOTTL模塊插入計算機(jī)的USB接口上，此時將看到ESP8266WiFi模塊上亮起一個藍(lán)色指示燈。如果未看到藍(lán)色指示燈，需檢查設(shè)備之間的線路連接是否正確，以及線路接觸是否良好。（2）配置程序燒寫參數(shù)。打開教材配套資源\模塊五\任務(wù)一\WiFi模塊配置\ESPFlashDownloadTool.exe，彈出圖5-5所示的窗口，單擊“ESP8266DownloadTool”按鈕。（3）燒寫固件程序，如圖

5-6

所示。加載教材配套資源\模塊五\任務(wù)一\WiFi

模塊配置\ESP8266-AT-4M-1.bin固件程序，COM選項按串口的實際情況進(jìn)行選擇，其他選項按圖5-6配置即可。配置完成后，單擊“START”按鈕開始下載固件程序，這時將在窗口最下方看到一個藍(lán)色進(jìn)度條。等待固件程序下載結(jié)束，就完成了固件程序的升級。圖5-5單擊“ESP8266DownloadTool”按鈕圖5-6燒寫固件程序活動二WiFi的AT指令的使用在使用ESP8266WiFi模塊時，需要將該模塊連接到控制器的串口上，通過串口向ESP8266WiFi模塊發(fā)送AT指令或數(shù)據(jù)。本活動中，暫不使用Arduino開發(fā)板，先通過計算機(jī)的串口向ESP8266WiFi模塊發(fā)送AT指令，學(xué)習(xí)常用AT指令的使用方法。具體操作步驟如下。連接ESP8266WiFi模塊與USBTOTTL模塊。此處，不需要使用IO_0引腳，所以也不需要使用面包板。按照表5-4進(jìn)行接線。接好線后，將USBTOTTL模塊接到計算機(jī)的USB接口上。此時，ESP8266WiFi模塊上的藍(lán)色指示燈亮起?；顒佣iFi的AT指令的使用一、打開“網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手”打開教材配套資源\模塊五\任務(wù)一\網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手V4.2.1.exe，搭建一個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，協(xié)議類型選擇TCPServer，本地主機(jī)地址根據(jù)實