语音控制 LED：Arduino Micro + BitVoicer Server 语音识别实战

元件与物料

项目原理流程

1. 电容麦克风扩展板采集并放大音频波形；
2. Arduino ADC 将模拟信号数字化、缓冲；
3. 串口流式传输音频样本至 PC 端 BitVoicer Server；
4. BitVoicer Server 识别语音内容；
5. 识别结果映射为预定义命令 (字节数组) 下发回 Arduino；
6. Arduino 解析命令，控制对应 LED 亮灭/亮度。

视频演示中 BitVoicer 还提供语音合成反馈 (通过电脑声卡播放)，后续文章将展示用 Arduino Due + DAC 外放合成语音。

物料清单与成本估算

• Arduino Micro：~$20
• SparkFun 电容麦克风扩展板：$7.95
• BitVoicer Server 1.0：$9.90
• 面包板：~$10
• 3×LED + 3×330Ω 电阻：~$1.75
• 杜邦线：~$0.30

步骤 1：硬件接线

按下图连接。关键点： 为获得更好 ADC 表现，作者将 SparkFun 扩展板输出参考电压设为 3.3V，故在 Arduino 上跨接 3.3V 引脚至 AREF 引脚。警告： 若在 AREF 施加外部参考电压时调用 analogRead()，必须先调用 analogReference(EXTERNAL)，否则会短路内部基准源，损坏单片机。

步骤 2：上传 Arduino 代码

先在 Arduino IDE 导入 BitVoicer Server 库 (安装目录下的 .zip)。代码四大部分：

• 库引用与变量声明 (BVSP 通信类、BVSMic 采样类)
• setup()：初始化串口 115200、BVSP、BVSMic、注册帧接收回调
• loop()：心跳保活、处理下行帧、根据 SRE 可用性启停录音并上传音频流
• BVSP_frameReceived()：解析 2 字节命令 (字节0=引脚, 字节1=PWM值)，调用 analogWrite()

完整代码见附件 BVS_Demo1.ino。

步骤 3：导入 BitVoicer Server 方案对象

BitVoicer 四大核心对象：

• Locations： 物理位置，如 “Home”。
• Devices： 客户端设备。创建 “Mixed” 类型设备 “ArduinoMicro”，配置串口参数。**注意：Arduino Micro 使用 RTS/DTR，通信标签页须勾选启用。** 另建 “SystemSpeaker” 设备用于语音合成播放。
• BinaryData： 发往设备的字节数组命令。为每个 LED 开/关/亮度建立 18 个 BinaryData 对象 (如 ArduinoMicroGreenLedOn)，建议直接导入附件 VoiceSchema.sof 与 Devices.sof。
• Voice Schemas： 定义识别语句与命令映射、执行顺序、延时。视频中的连续动作序列即通过命令延时实现。

步骤 4：运行与验证

在 BitVoicer Server Manager 中启用 ArduinoMicro 设备，Arduino 检测到可用语音识别引擎 (SRE) 即开始推流。Server Monitor 工具可实时查看识别结果。

完整 Arduino 代码 (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]);
    }
  }
}

原理图