基于天问 ASRPRO 的语音控制台灯设计

视频介绍：

摘要

针对传统台灯交互方式单一、夜间使用不便的问题，本文设计并实现了一种基于天问 ASRPRO 离线语音芯片的语音控制台灯。系统以 ASRPRO 为控制核心，集成 BH1750 数字光照传感器、红外对射（避障）传感器与 DHT11 温湿度传感器，驱动共阴极三色 RGB 灯完成调色与流光效果。系统分为手动模式与自动模式：手动模式下用户通过"你好小智"唤醒后，以"打开红灯""变颜色""快速闪动"等中文命令词直接控制灯光，并可语音查询当前温度与湿度；自动模式下系统每秒检测一次光照强度与遮挡状态，当光照不足且检测到障碍物（即夜晚有人靠近）时自动点亮白光，人离开后自动熄灭。用户说出任意灯光命令即可退出自动模式、切回手动控制。测试表明，命令词识别与执行稳定，温湿度播报准确，自动模式亮灭灯逻辑符合预期。

关键词：ASRPRO；离线语音识别；RGB 调色；DHT11；BH1750

1 引言

台灯是使用频率最高的家用照明设备之一，但传统台灯依赖按键或触摸交互，在双手占用、夜间摸黑等场景下并不方便。随着离线语音识别芯片的成本不断降低，把"说话即控制"搬到台灯上已经成为一种低成本的改进方案。

与联网语音方案相比，离线方案有两个明显优势：一是识别在本地完成，不依赖网络，响应快且无隐私上传问题；二是命令词集合可由开发者自定义，非常适合"开关灯、变颜色、查温湿度"这类小指令集场景。本文选用天问 ASRPRO V2.0 开发板作为主控，它内置语音识别与 MP3 播放能力，同时提供了足够的 GPIO、PWM 与软 I2C 资源，单芯片即可完成"识别—播报—控制"全链路。

2 系统总体设计

2.1 功能需求分析

系统需要实现以下功能：

1. 语音唤醒与命令识别：唤醒词"你好小智"，识别后进入命令词监听；
2. 灯光控制：支持红、绿、蓝、黄等单色命令，"变颜色"随机切换一种颜色，"快速闪动/闪动"在 10 秒内按 1 秒或 2 秒间隔轮换颜色；
3. 温湿度播报：说出"当前温度/当前湿度"，芯片合成语音播报数值；
4. 音量调节：语音控制播报音量在 1～10 级之间增减；
5. 双模式运行：自动模式下"光照不足 + 检测到遮挡"时自动亮白光，任意灯光命令可将系统切回手动模式。

2.2 系统总体架构

系统以 ASRPRO 为核心，外围分为三个部分：感知层（BH1750 光照、红外对射遮挡检测、DHT11 温湿度）、执行层（三色 RGB 灯）、交互层（拾音麦克风与喇叭）。ASRPRO 内部运行识别引擎与 FreeRTOS，识别结果以中断号（snid）形式进入命令分发函数；一个 1 秒周期的软件定时器负责自动模式巡检与流光节奏控制。

两种模式的切换逻辑设计为单向自动回退：自动模式是一条普通命令词（snid=19），唯一不做模式切换；其余任何命令词执行前都先把运行模式置回手动。这样设计的好处是用户永远不会被"困"在自动模式里——只要开始手动指挥灯光，系统立即跟随。

2.3 元器件选型

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3 硬件系统设计

3.1 引脚资源分配

RGB 三通道均以 1 kHz 频率输出 PWM，满亮度占空比取 80%（0.8/1.0），兼顾亮度与限流安全。由于三路颜色只取 0 或 1 两档，占空比也只在 800 与 0 之间切换，后续若要扩展混色，只需把 0/1 扩展为 0～255 灰度即可。

3.2 BH1750 软 I2C 读取

ASRPRO 硬件 I2C 引脚有限，本设计使用软件 I2C 库（asr_softiic.h）在 PA1/PA0 上模拟时序。初始化时先发送上电命令 0x01，再发送连续高分辨率模式命令 0x10；读取时连续读出高低两个字节，按数据手册公式乘 10 除 12 换算为 lux：

uint16_t bh1750_read_lux(){
  softiic.start((BH1750_ADDR<<1)|1);
  uint8_t h = softiic.read(0);
  uint8_t l = softiic.read(1);
  softiic.stop();
  return (uint16_t)(((uint16_t)h<<8|l)*10/12);
}

红外对射模块输出为集电极开路结构，PA3 依靠内部上拉读取：无遮挡时为高电平，检测到障碍物时拉低。程序中约定 digitalRead(IR_PIN) == LOW 即"有人靠近"。

4 软件系统设计

4.1 命令词模型与命令分发

语音模型在天问 Block 平台生成，命令词集合如下：

所有命令在 ASR_CODE() 中按 snid 分发。除了 snid=19 之外，每条命令执行前都会执行 run_mode = MODE_MANUAL，实现"说话即接管"的模式回退。

4.2 自动模式巡检逻辑

自动模式的判断被收敛到一个独立的巡检函数中，由 1 秒定时器回调统一调用：

void auto_mode_check(){
  if(run_mode != MODE_AUTO) return;
  uint16_t lux = bh1750_read_lux();
  uint8_t obstacle = (digitalRead(IR_PIN) == LOW) ? 1 : 0;
  if(lux < 50 && obstacle){
    set_rgb(1, 1, 1);        // 光照不足且有人：亮白光
  } else {
    set_rgb(0, 0, 0);        // 条件不满足：熄灯
  }
}

光照阈值取 50 lux：一般室内白天照度远高于该值，而夜晚关灯后环境照度通常低于 10 lux，因此该阈值能够稳定区分"白天"与"晚上"。只有"晚上"且"红外对射检测到障碍"两个条件同时成立才亮灯，避免白天路过时误触发。

4.3 定时器与流光效果

系统创建了一个 1 秒周期的 FreeRTOS 软件定时器，承担两件事：一是调用 auto_mode_check() 完成自动模式巡检；二是驱动流光（闪动）效果。闪动分快速（每 1 秒换色）与慢速（每 2 秒换色）两档，计数器累计到 10 秒后自动停止并保持当前颜色。换色采用顺序轮转颜色表的方式——预置红、绿、蓝、黄、紫、青、白 7 种颜色，每次换色索引自增取模，保证连续两次颜色必不相同，观感比纯随机更均匀。

温度播报中有一个细节值得一提：play_num() 只能播报整数，而 DHT11 本身只输出整数位温度，程序仍将浮点温度乘 100 取整后按"一位小数"格式播放，为日后更换 DHT22 等高精度传感器预留了接口。

5 系统测试与结果分析

结果分析：命令词集较小且均为四字左右的短指令，识别率表现良好。自动模式在"50 lux + 低电平遮挡"双条件下动作干脆，从触发到亮灯的延迟约 1 秒，来自定时器巡检周期，对于台灯场景完全可接受。边界处理（音量上下限、传感器读取失败提示）均已覆盖。

6 结论与展望

本文基于天问 ASRPRO 实现了一款离线语音控制台灯，完成了命令词识别、RGB 调色与流光、温湿度语音播报、音量调节以及"光照不足 + 有人靠近"自动亮灯等全部设计功能。整个系统单芯片即可完成，外围电路简单，成本低廉。

后续可以从两个方向继续完善：一是把 RGB 的占空比从两档扩展为 0～255 连续灰度，实现任意混色与亮度无级调节；二是给自动模式加入人体存在的持续判断（如超时无人自动熄灯）与呼吸灯渐亮效果，使夜灯体验更接近商用产品。