Голосовое управление светодиодами: Arduino Micro + BitVoicer Server для распознавания речи

Компоненты и материалы

Компонент	Количество	Примечание
Arduino Micro (или другая плата Arduino)	1
Модуль микрофона SparkFun Electret Microphone Breakout	1
BitVoicer Server (лицензия)	1	Платное ПО ($9.90)
Светодиоды (красный, желтый, зеленый)	3
Резисторы 330 Ом	3
Макетная плата и перемычки	1 набор

О проекте

Проект демонстрирует управление тремя светодиодами голосовыми командами с помощью Arduino и BitVoicer Server. Аудиосигнал с электретного микрофона усиливается, оцифровывается АЦП Arduino, передается в BitVoicer Server по последовательному порту, там распознается речь и отправляются команды обратно на Arduino для управления светодиодами. BitVoicer также может озвучивать обратную связь через звуковой адаптер сервера.

Принцип работы

1. Звуковые волны захватываются и усиливаются модулем SparkFun Electret Breakout.
2. Усиленный сигнал оцифровывается и буферизируется в Arduino (АЦП).
3. Аудиосемплы передаются в BitVoicer Server через последовательный порт.
4. Сервер обрабатывает поток и распознает речь.
5. Распознанная речь сопоставляется с предопределенными командами, которые отправляются обратно на Arduino.
6. Arduino идентифицирует команды и выполняет действия (вкл/выкл светодиодов).

Стоимость компонентов (приблизительно)

• Arduino Micro: ~$20
• SparkFun Electret Microphone Breakout: $7.95
• BitVoicer Server 1.0: $9.90
• Макетная плата: ~$10
• 3 светодиода + резисторы: ~$1.75
• Перемычки: ~$0.30

Шаг 1: Монтаж

Соберите схему согласно фото. Важный момент: для лучшего качества АЦП используется внешний опорный напряжение 3.3V. Соедините пин 3.3V с AREF на Arduino. Если вы используете analogRead() при подключенном 3.3V к AREF, обязательно вызовите analogReference(EXTERNAL) перед чтением, иначе возможно повреждение микроконтроллера.

Шаг 2: Загрузка кода в Arduino

Установите библиотеки BitVoicer Server в Arduino IDE (Sketch → Include Library → Add .ZIP Library). Загрузите скетч BVS_Demo1.ino (приведен ниже).

Структура скетча

• Библиотеки и переменные: BVSP (коммуникация с сервером), BVSMic (захват аудио).
• setup(): инициализация последовательного порта, классов BVSP и BVSMic, установка обработчика события frameReceived.
• loop(): поддержание связи с сервером (keepAlive()), прием команд (receive()), запись и отправка аудиопотока при доступном движке распознавания (SRE).
• BVSP_frameReceived(): обработка полученных команд (2 байта: номер пина и значение). Используется analogWrite() для ШИМ-управления яркостью.

Код (BVS_Demo1.ino)

#include <BVSP.h>
#include <BVSMic.h>

#define BVSM_AUDIO_INPUT 5
#define RED_LED_PIN 6
#define YELLOW_LED_PIN 9
#define GREEN_LED_PIN 10

const unsigned long STATUS_REQUEST_TIMEOUT = 1000;
const unsigned long STATUS_REQUEST_INTERVAL = 2000;
const int AUDIO_BUFFER_SIZE = 64;
const int RECEIVE_BUFFER_SIZE = 2;

BVSP bvsp = BVSP();
BVSMic bvsm = BVSMic();
byte audioBuffer[AUDIO_BUFFER_SIZE];
byte receiveBuffer[RECEIVE_BUFFER_SIZE];

void setup() {
  pinMode(RED_LED_PIN, OUTPUT);
  pinMode(YELLOW_LED_PIN, OUTPUT);
  pinMode(GREEN_LED_PIN, OUTPUT);
  Serial.begin(115200);
  bvsp.begin(Serial, STATUS_REQUEST_TIMEOUT, STATUS_REQUEST_INTERVAL);
  bvsp.frameReceived = BVSP_frameReceived;
  bvsm.begin();
}

void loop() {
  bvsp.keepAlive();
  bvsp.receive();

  if (bvsp.isSREAvailable()) {
    if (!bvsm.isRecording) {
      bvsm.setAudioInput(BVSM_AUDIO_INPUT, EXTERNAL);
      bvsm.startRecording();
    }
    if (bvsm.available) {
      if (bvsp.inboundMode == FRAMED_MODE) bvsp.setInboundMode(STREAM_MODE);
      int bytesRead = bvsm.read(audioBuffer, AUDIO_BUFFER_SIZE);
      bvsp.sendStream(audioBuffer, bytesRead);
    }
  } else {
    if (bvsm.isRecording) bvsm.stopRecording();
  }
}

void BVSP_frameReceived(byte dataType, int payloadSize) {
  if (dataType == DATA_TYPE_BINARY) {
    if (bvsp.getReceivedBytes(receiveBuffer, RECEIVE_BUFFER_SIZE) == RECEIVE_BUFFER_SIZE) {
      analogWrite(receiveBuffer[0], receiveBuffer[1]);
    }
  }
}

Шаг 3: Импорт объектов решения в BitVoicer Server

BitVoicer Server использует четыре типа объектов: Locations (места), Devices (устройства), BinaryData (бинарные команды), Voice Schemas (голосовые схемы).

• Location: создайте «Home».
• Device: добавьте Mixed device «ArduinoMicro» с настройками последовательного порта. Для Arduino Micro включите RTS и DTR во вкладке Communication. Добавьте SystemSpeaker для синтеза речи на сервере.
• BinaryData: создайте по одному объекту на каждое состояние пина (вкл/выкл для каждого цвета). Всего 18 объектов. Лучше импортировать из файла VoiceSchema.sof.
• Voice Schema: определяет фразы для распознавания и связанные команды. Можно задать последовательность команд с задержками.

Файлы для импорта: Devices.sof и VoiceSchema.sof (приложены к проекту).

Шаг 4: Запуск и тестирование

1. Включите устройство ArduinoMicro в BitVoicer Server Manager.
2. Arduino начнет стримить аудио при доступном SRE.
3. Следите за результатами распознавания в Server Monitor.
4. Говорите команды (например, «turn on red light») — светодиоды должны реагировать.

Заключение

Проект показывает базовую интеграцию распознавания речи с Arduino. В следующей статье автор планирует показать воспроизведение синтезированной речи на Arduino DUE с динамиком.

Схема подключения

Схема в формате Fritzing показывает подключение микрофона к A5, светодиодов к пинам 6, 9, 10 через резисторы 330 Ом, и перемычку 3.3V → AREF.