基于语音交互的智能电梯控制系统研究

摘 要：随着人们生活水平的提高，现代社会对于电梯的需求也越来越高。同时，随着科技的不断发展，人们对于电梯系统的安全性、舒适度、便捷性等方面的要求也越来越高。传统按键电梯需要用户手动按下相应的楼层按钮，对于某些特殊人群和老年人来说操作相对不便捷。语音交互智能电梯系统就是为了满足这些要求而设计的。通过语音交互技术，用户可以方便地控制电梯，不需要手动按键，提高了电梯使用的便捷性和舒适度，增加了用户的使用体验。同时，智能电梯系统还能够自动检测电梯的运行状况，保障了电梯的安全性。可以为老年人、残疾人等特殊人群提供更为便捷的电梯使用方式，实现了社会的共享和包容。语音智能电梯为电梯安全控制方案提供了一种新思路，推动电梯行业提供更加优质、安全、智能的服务。

关键词：智能电梯系统、语音交互技术、指令控制、语音识别、OLED显示屏、按键、系统电路

1.系统设计方案

智能语音交互技术综合了多项关键技术，包括语音识别、自然语音处理以及语音合成技术，是项系统性工程。为了更好地实现语音交互的效果，达到应用目的，需要综合运用以上三种关键技术。

（1）硬件设计方案：选用STM32F103ZET6单片机作为本次设计的主要控制系统，使各个电路协同工作，来完成全部的设计功能，STM32F103ZET6基于Cortex-M3内核，采用了TSMC 90nm工艺，主频高达72MHz，具有丰富的外设资源，能够很好的满足本项目的功能需求。搭配语音识别模块、声音合成模块、光电定位模块、显示模块、按键模块、电机驱动模块以及电源模块。

（2）采用LD3320语音识别芯片作为语音识别核心实现语音交互控制，而声音合成模块则采用MR628这块具有强大的语音合成功能，可以将文字转换为语音输出。

（3）光电定位模块用于实现电梯的精确定位，0.96英寸OLED显示模块是一种小型的有机发光二极管屏幕，具有自发光、色彩鲜艳、响应速度快、可视角度大、高对比度、高亮度和低功耗等特点，被广泛应用于各种嵌入式系统中。该显示模块使用128×64像素的显示分辨率，能够显示黑白或多种颜色，支持SPI接口通信。它可以通过软件控制来显示各种图形、文字和符号，同时还支持自定义字体和图形。此外，该显示模块还具有高刷新率和广视角等优点。

2.系统研究路线

（1）采用STM32F103ZET6作为主控芯片，搭配LD3320语音识别模块芯片、声音合成模块、光电定位模块、OLED显示模块、按键控制模块、电机驱动模块以及电源模块。

（2）LD3320是一款采用DSP和Flash技术的中文语音识别模块，支持高保真的16KHz采样率和16bit采样精度。其内置丰富的中文词汇库，可识别多达2000个汉字词汇，并提供指令识别、关键词识别和连续语音识别等多种识别模式。此外，LD3320还拥有出色的语音合成功能，可将文字转换为自然流畅的语音输出。

（3）光电定位模块是一种传感器模块，利用光电传感技术对电梯的位置进行实时监测。检测的原理是通过发射红外线光束，当被检测物体经过光束时，会反射一部分红外线光束，被传感器接收并转换成电信号输出。

（4）按键电路设计

（5）本设计采用STM32F103ZET6单片机作为主控，系统软件开发采用Keil5进行开发，主要分为智能语音识别模块部分、语音合成模块部分、电梯控制部分和人机交互部分。软件设计流程计划采用模块化编写方案，系统启动时首先进行初始化，包括对STM32单片机和各个外设的初始化。初始化完成后，系统利用LD3320语音识别模块实现语音识别功能。系统随后进入等待用户语音或按键指令的状态，根据指令执行楼层选择操作。系统持续监测电梯状态，利用光电开关模块监测电梯位置和运行方向等状态信息，并将这些信息反馈给主程序。通过OLED显示屏将电梯状态直观展示给用户。

（6）STC11L08XE具有以下几个显著优点：1. 高性能8051核心。2. 丰富的内存资源。3. 广泛的通信接口。4. 强大的外围设备支持。

（7）语音识别完成后STC11L08XE单片机通过串口将结果发送到STM32F103ZET6单片机进行通信。串口通信实现起来比较简单，易于理解和操作和理解并且串口通信硬件成本较低，适配对象广泛。两个单片机之间通信需要设置好一系列参数，列如确定串口通信的参数，包括波特率、数据位、停止位、校验位等。发送端和接收端的波特率必须一致，否则会出现数据传输错误等情况。本设计波特率采用9600Baud。其他参数如数据位设置为8位，发送端和接收端的停止位设置为1位，校验位设置为无校验。

（8）计划采用了间隔时间为1ms的定时器并且配合光电传感器来检测电梯所处的位置。每隔1ms，定时器会产生一个中断，中断服务程序会读取光电传感器的信号，判断电梯所处的位置，然后更新电梯当前的楼层信息。

3.结论

该项目使用智能解码的语音识别模块，准确识别用户的声音，能够准确理解和响应各种方言或口音的语音指令，极大地方便了不同地区和年龄层的用户。并且能够给与相应的语音回复。系统可以理解复杂的语言指令，包括对话式的交互，如询问电梯状态、选择目的楼层等。这种设计使得电梯操作更为便捷，用户只需简单说出目的地楼层，电梯即可自动运行，无需进行繁琐的按钮操作，大大提高了电梯的运行效率。

参考文献

[1]智能电梯系统.上海市，上海交通大学

[2]马连峰，汤偲愉.智能语音交互技术在电梯检验中的应用探讨

作者简介

肖付星（2005＼10＼27）女，汉族，籍贯：（江西省新余市），学历：本科，职称：学生，研究方向：应用电子技术教育

都斌麒（2005＼9＼13）男，汉族，籍贯：（湖北省襄阳市），学历：本科，职称：学生，研究方向：应用电子技术教育

朱孟宏（2004＼7＼17）男，汉族， 籍贯：（江苏省泰州市），学历：本科，职称：学生

李天宝（2004＼12＼1）男，汉族， 籍贯：（河北省泊头市）， 学历：本科， 职称：学生

方浩凌（2002＼10＼30）男，汉族，籍贯：（江西省宜春市），学历：本科， 职称：学生

国家级（天津市）大学生创新创业训练项目资助，项目编号：202410066038