模組介紹 : faya語音辨識模組

學習目標 : 認識faya語音辨識模組的功能及使用方式
學習時間 :  45min
示範模組 : (1) faya brickNano
                   (2) faya 語音辨識模組
                   (3) faya RGB LED模組
工具 : (1) 樂高積木底板 (相容)

====================功能介紹====================
faya語音辨識模組採用了ICRoute公司所開發的語音辨識晶片(LD3320)，該晶片內建語音辨識DSP和一些外部電路，包含AD/DA轉換器，麥克風和音源輸出介面等等.....這顆晶片不需要外接任何的記憶體如Flash、RAM等，最大的特點在於可以針對非特定用戶的語音做辨識，不需要事先進行錄音訓練，最多可編輯50組關鍵詞，用戶可以根據場地需要，隨時編輯和更新關鍵詞內容，方便電子產品中實現聲控、人機對話功能。

感測器如上圖所示，利用左方的麥克風收音，對外溝通的腳位包含IRQ / NSS / RST / MOSI / MISO / SCK / WR，右方用了兩排的排母強化其結構穩定，訊號埠左右兩邊是相連的，除了WR埠，其左邊的排母連接WR腳位，右邊的排母連接GND，原因是因為在進行語音辨識時，WR需要接地，因此我們用一個短跳線將其連接起來，如此可以減少一條單心線。

本晶片所提供的Arduino函式庫已經先定義好每個訊號埠所連接的腳位了，因此使用時不需要在主程式中再次定義腳位，預設腳位如下:

如果有需要重新定義腳位 (RST和NSS)，請在修改函式庫內的ld3320.cpp，前幾行的地方就可以重新定義 RST 和 NSS (CS)的腳位。


使用此模組的方式非常簡單，該模組首先會將所辨識的中文語音轉成漢語拼音，然後在我們建好的關鍵詞庫內進行比對，如果結果一致，就會輸出相對應的指令。因此使用者所需要的動作就是在程式內建立漢語拼音的識別列表，做多支援50組，每組列表用標準普通話的漢語拼音(小寫)，每兩個字中間要空格隔開，舉例如下 :

漢語拼音大家可以在這個網址查詢，只要輸入中文，就會列出對應的漢語拼音方式 (國音第二式):

逗號後方的編號用來代表所辨識的語音，編號可以相通，可以不連續，但是數值要小於256。以上識別列表需在setup()中完成，之後我們只要在loop()中下.read()指令，就會讀出以辨識成功的編號。

有興趣了解更多細部功能的讀者，可以參考其Datasheet。

====================原理知識====================
以下解釋提供給有需要知道背後原理的人:

faya語音辨識模組的電路圖如下，LD3320晶片裡面還有MCU的GPIO腳位、MP3錄製和撥放的等功能，但為了模組的單純避免失焦，我們只把和語音辨識模組有關的腳位拉出來。

===================範例實作(1)===================
了解模組功能(原理)後，我們用以下範例來展示模組的功能:

目標:
(1) 建立語音指令控制RGB的LED燈。

接線:
(1) 電源線連接
     如下圖所示，連接的說明請看這篇文章 或簡易版

(2) 訊號線連接
      RGB LED模組:
      Arduino_A3 ===>  RGB LED模組_A3
      Arduino_A2 ===>  RGB LED模組_A2
      Arduino_A1 ===>  RGB LED模組_A1

      語音辨識模組:

      Arduino_D2 ===> 語音辨識模組_IRQ
      Arduino_D4 ===> 語音辨識模組_NSS
      Arduino_D9 ===> 語音辨識模組_RST
      Arduino_D11 ==> 語音辨識模組_MOSI
      Arduino_D12 ==> 語音辨識模組_MISO
      Arduino_D13 ==> 語音辨識模組_SCK
      語音辨識模組_GND ==> 語音辨識模組_WR

範例程式:

	// 2018/10/31
	// Faya-Nugget 範例程式 (Voice_Recog_1.ino)
	// 單元: 模組介紹: faya語音辨識模組
	// 網址: https://fayalab.blogspot.com/2018/11/voice-recog.html
	// 目標: (1) 利用語音指令控制RGB LED燈
	// 接線: Arduino ==> faya模組
	// D2 ==> IRQ (語音辨識模組)
	// D4 ==> NSS (語音辨識模組)
	// D9 ==> RST (語音辨識模組)
	// D11 ==> MOSI (語音辨識模組)
	// D12 ==> MISO (語音辨識模組)
	// D13 ==> SCK (語音辨識模組)
	// GND ==> WR (語音辨識模組)
	#include <ld3320.h> // 引入ld332語音辨識函式庫
	VoiceRecognition fayaVoice; //聲明語音識別對象
	#define R_pin A3 // R ELD 接到A3
	#define G_pin A2 // G ELD 接到A2
	#define B_pin A1 // B ELD 接到A1
	int command; //儲存指令
	void setup()
	{
	pinMode(R_pin, OUTPUT); // 設定RGB_Pin為輸出腳位
	pinMode(G_pin, OUTPUT);
	pinMode(B_pin, OUTPUT);
	digitalWrite(R_pin, LOW); // 先把燈全部關閉
	digitalWrite(G_pin, LOW);
	digitalWrite(B_pin, LOW);
	Serial.begin(9600); // Arduino串列埠baudRate = 9600
	fayaVoice.init(); // 初始化語音辨識
	fayaVoice.addCommand("kai deng",0); // 添加指令 [開燈]
	fayaVoice.addCommand("liang hung deng",1); // 添加指令 [亮紅燈]
	fayaVoice.addCommand("da kai hung se deng",1); // 添加指令 [打開紅色燈]
	fayaVoice.addCommand("bian liu se ",2); // 添加指令 [變綠色]
	fayaVoice.addCommand("lan deng",3); // 添加指令 [藍燈]
	fayaVoice.addCommand("huang se de deng",4); // 添加指令 [黃色的燈]
	fayaVoice.addCommand("guan deng",5); // 添加指令 [關燈]
	fayaVoice.start(); //開始識別
	}
	void loop() {
	check_b2(); //檢查資料接收是否穩定
	command = fayaVoice.read(); //指令儲存至command變數
	switch(command) //執行指令
	{
	case 0: //指令0 =“開燈”
	Serial.println("TURN ON");
	digitalWrite(R_pin, HIGH);
	digitalWrite(G_pin, HIGH);
	digitalWrite(B_pin, HIGH);
	break;
	case 1: //指令1 =“亮紅燈”/ "打開紅色燈"
	Serial.println("RED ON");
	digitalWrite(R_pin, HIGH);
	digitalWrite(G_pin, LOW);
	digitalWrite(B_pin, LOW);
	break;
	case 2: //指令2 =“綠色燈"
	Serial.println("GREEN ON");
	digitalWrite(R_pin, LOW);
	digitalWrite(G_pin, HIGH);
	digitalWrite(B_pin, LOW);
	break;
	case 3: //指令3 =“藍燈”
	Serial.println("BLUE ON");
	digitalWrite(R_pin, LOW);
	digitalWrite(G_pin, LOW);
	digitalWrite(B_pin, HIGH);
	break;
	case 4: //指令4 =“黃色的燈”
	Serial.println("Yellow ON");
	digitalWrite(R_pin, HIGH);
	digitalWrite(G_pin, HIGH);
	digitalWrite(B_pin, LOW
	);
	break;
	case 5: //指令5 =“關燈”
	Serial.println("TURN OFF");
	digitalWrite(R_pin, LOW);
	digitalWrite(G_pin, LOW);
	digitalWrite(B_pin, LOW);
	break;
	}
	}

view raw Voice_Recog_1.ino hosted with ❤ by GitHub

備註:
-L32~38 : 在setup區塊內，先建立識別列表，可以到羅馬拼音查詢系統網站查詢漢語拼音。注意到我刻意把語音命令從兩個字測試到五個字，並且讓[亮紅燈]和[打開紅色燈]的語音指向同一命令。
-L43: check_b2函式用來檢查暫存器B2的狀態 (DSP是否忙碌)，datasheet有提到，當電路的地流出現不穩定或較大波動時，有小機率會出現內部晶片出錯，因此需要用此函示確認是否正常運作，如出錯時，則重置晶片。

-L44 : 利用fayaVoice.Read()讀取比對到的語音命令
-L45~88 : 利用switch指令執行所比對到的語音命令，透過Arduino的RGB的腳位點亮相關的LED。三原色的配置圖如下給各位參考。

範例結果:

討論:

- 本範例的語音辨識模組無時不刻的都在收音辨識，因此很容易地把背景音也辨識進去，我們建議多增加一個實體開關和一段小程式，用來當作啟動語音辨識的功能，也就是當壓著開關的時候，才進行語音辨識，如此一來，平常時刻就不會把不想要的聲音收音辨識了。

- 經過我們的測試，由於此晶片不需要事先經過錄音訓練，因此辨識的能力如果發音太接近時，還是會有誤判的可能，因此設定辨識列表前，儘量把發音相似的語詞避開，例如[紅燈]和[黃燈]兩詞遇到誤判的機會大很多，因此可以把語音設成[紅色燈] / [點亮黃燈] 來區別。

歡迎大家在底下留言或到我們的粉絲團留言喔!

====================================

fayalab 粉絲團

FB本篇留言版