基於天問 ASRPRO 的語音控制檯燈設計

影片介紹：

摘要

針對傳統檯燈互動方式單一、夜間使用不便的問題，本文設計並實作了一種基於天問 ASRPRO 離線語音晶片的語音控制檯燈。系統以 ASRPRO 為控制核心，整合 BH1750 數位光照感測器、紅外線對射（避障）感測器與 DHT11 溫濕度感測器，驅動共陰極三色 RGB 燈完成調色與流光效果。系統分為手動模式與自動模式：手動模式下使用者以「你好小智」喚醒後，以「打開紅燈」「變顏色」「快速閃動」等中文命令詞直接控制燈光，並可語音查詢目前溫度與濕度；自動模式下系統每秒檢測一次光照強度與遮擋狀態，當光照不足且偵測到障礙物（即夜晚有人靠近）時自動點亮白光，人離開後自動熄滅。使用者說出任意燈光命令即可退出自動模式、切回手動控制。測試表明，命令詞辨識與執行穩定，溫濕度播報準確，自動模式亮滅燈邏輯符合預期。

關鍵詞：ASRPRO；離線語音辨識；RGB 調色；DHT11；BH1750

1 引言

檯燈是使用頻率最高的家用照明設備之一，但傳統檯燈依賴按鍵或觸控互動，在雙手占用、夜間摸黑等場景下並不方便。隨著離線語音辨識晶片的成本不斷降低，把「說話即控制」搬到檯燈上已經成為一種低成本的改進方案。

與聯網語音方案相比，離線方案有兩個明顯優勢：一是辨識在本地完成，不依賴網路，回應快且無隱私上傳問題；二是命令詞集合可由開發者自訂，非常適合「開關燈、變顏色、查溫濕度」這類小指令集場景。本文選用天問 ASRPRO V2.0 開發板作為主控，它內建語音辨識與 MP3 播放能力，同時提供了足夠的 GPIO、PWM 與軟 I2C 資源，單晶片即可完成「辨識—播報—控制」全鏈路。

2 系統總體設計

2.1 功能需求分析

系統需要實現以下功能：

1. 語音喚醒與命令辨識：喚醒詞「你好小智」，辨識後進入命令詞監聽；
2. 燈光控制：支援紅、綠、藍、黃等單色命令，「變顏色」隨機切換一種顏色，「快速閃動/閃動」在 10 秒內按 1 秒或 2 秒間隔輪換顏色；
3. 溫濕度播報：說出「目前溫度／目前濕度」，晶片合成語音播報數值；
4. 音量調節：語音控制播報音量在 1～10 級之間增減；
5. 雙模式運行：自動模式下「光照不足 + 偵測到遮擋」時自動亮白光，任意燈光命令可將系統切回手動模式。

2.2 系統總體架構

系統以 ASRPRO 為核心，外圍分為三個部分：感知層（BH1750 光照、紅外線對射遮擋偵測、DHT11 溫濕度）、執行層（三色 RGB 燈）、互動層（拾音麥克風與喇叭）。ASRPRO 內部執行辨識引擎與 FreeRTOS，辨識結果以中斷號（snid）形式進入命令分發函式；一個 1 秒週期的軟體計時器負責自動模式巡檢與流光節奏控制。

兩種模式的切換邏輯設計為單向自動回退：「自動模式」是一條普通命令詞（snid=19），唯一不做模式切換；其餘任何命令詞執行前都先把執行模式置回手動。這樣設計的好處是使用者永遠不會被「困」在自動模式裡——只要開始手動指揮燈光，系統立即跟隨。

2.3 元器件選型

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3 硬體系統設計

3.1 接腳資源分配

RGB 三通道均以 1 kHz 頻率輸出 PWM，滿亮度工作週期取 80%（0.8/1.0），兼顧亮度與限流安全。由於三路顏色只取 0 或 1 兩檔，工作週期也只在 800 與 0 之間切換，後續若要擴展混色，只需把 0/1 擴展為 0～255 灰階即可。

3.2 BH1750 軟 I2C 讀取

ASRPRO 硬體 I2C 接腳有限，本設計使用軟體 I2C 函式庫（asr_softiic.h）在 PA1/PA0 上模擬時序。初始化時先發送上電命令 0x01，再發送連續高解析度模式命令 0x10；讀取時連續讀出高低兩個位元組，按資料手冊公式乘 10 除 12 換算為 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);
}

紅外線對射模組輸出為集電極開路結構，PA3 依靠內部上拉讀取：無遮擋時為高電平，偵測到障礙物時拉低。程式中約定 digitalRead(IR_PIN) == LOW 即「有人靠近」。

4 軟體系統設計

4.1 命令詞模型與命令分發

語音模型在天問 Block 平台生成，命令詞集合如下：

所有命令在 ASR_CODE() 中按 snid 分發。除了 snid=19 之外，每條命令執行前都會執行 run_mode = MODE_MANUAL，實現「說話即接管」的模式回退。

4.2 自動模式巡檢邏輯

自動模式的判斷被收斂到一個獨立的巡檢函式中，由 1 秒計時器回呼統一呼叫：

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);        // 條件不滿足：熄燈
  }
}

光照門檻值取 50 lux：一般室內白天照度遠高於該值，而夜晚關燈後環境照度通常低於 10 lux，因此該門檻值能夠穩定區分「白天」與「晚上」。只有「晚上」且「紅外線對射偵測到障礙」兩個條件同時成立才亮燈，避免白天路過時誤觸發。

4.3 計時器與流光效果

系統建立了一個 1 秒週期的 FreeRTOS 軟體計時器，承擔兩件事：一是呼叫 auto_mode_check() 完成自動模式巡檢；二是驅動流光（閃動）效果。閃動分快速（每 1 秒換色）與慢速（每 2 秒換色）兩檔，計數器累計到 10 秒後自動停止並保持目前顏色。換色採用順序輪轉顏色表的方式——預置紅、綠、藍、黃、紫、青、白 7 種顏色，每次換色索引自增取模，保證連續兩次顏色必不相同，觀感比純隨機更均勻。

溫度播報中有一個細節值得一提：play_num() 只能播報整數，而 DHT11 本身只輸出整數位溫度，程式仍將浮點溫度乘 100 取整後按「一位小數」格式播放，為日後更換 DHT22 等高精度感測器預留了介面。

5 系統測試與結果分析

結果分析：命令詞集較小且均為四字左右的短指令，辨識率表現良好。自動模式在「50 lux + 低電平遮擋」雙條件下動作乾脆，從觸發到亮燈的延遲約 1 秒，來自計時器巡檢週期，對於檯燈場景完全可接受。邊界處理（音量上下限、感測器讀取失敗提示）均已涵蓋。

6 結論與展望

本文基於天問 ASRPRO 實作了一款離線語音控制檯燈，完成了命令詞辨識、RGB 調色與流光、溫濕度語音播報、音量調節以及「光照不足 + 有人靠近」自動亮燈等全部設計功能。整個系統單晶片即可完成，外圍電路簡單，成本低廉。

後續可以從兩個方向繼續完善：一是把 RGB 的工作週期從兩檔擴展為 0～255 連續灰階，實現任意混色與亮度無段調節；二是給自動模式加入人體存在的持續判斷（如逾時無人自動熄燈）與呼吸燈漸亮效果，使夜燈體驗更接近商用產品。