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离线语音USB Dongle空调遥控器设计应用案例

新用户建议先查看 ☞新手指南，了解开发的基础知识，再查看该文档。

1 概述

随着科技的进步，市场上出现大量带语音、手机APP可控制的产品，由此可看出客户对产品的功能要求也越来越高，追求舒适的体验感，特别是对操控性的要求越来越高。目前空调产品的控制方式有以下几类：

  • 遥控控制：采用红外遥控或者蓝牙遥控，方便远距离控制，但遥控器容易丢；
  • 手机APP控制：每次控制需要打开手机APP，需要联网，同时与其适配的空调插座需配网，操作繁琐；
  • 智能音箱控制：通过如天猫精灵等智能音箱直接控制，相对方便，但音箱需联网状态下才可使用，识别时有隐私安全问题，网络延时大时控制的实时性不好；
  • 已经购买好了只能用以上功能控制的空调，若想重新更换带语音的空调，成本较高并且更换繁琐。

USBDongle语音遥控器实物图

为了解决以上问题，可以采用纯离线语音识别进行控制，投入很低的成本就可让用户享受最新离线语音带来的体验。启英泰伦针对该产品领域，已开发了整套离线语音USB Dongle空调遥控器方案，下面对该方案进行介绍。

2 方案优势

启英泰伦离线语音USB Dongle语音遥控器相对传统手机APP控制方案，可让让用户通过语音控制空调设备，替换传统遥控器或按钮控制的方式，该方案有以下优势：

  • 离线语音USB Dongle语音遥控器拥有极低的成本优势；
  • 支持市面95%以上的空调型号，通过USB供电接口，秒变智能语音空调，USB供电接口支持电脑USB接口，充电宝USB接口，手机充电头USB接口等。；
  • 可以直接使用语音控制空调，且无需联网，自然方便，识别率可达95%以上；
  • 空调遥控器3秒一键极速匹配；
  • 内置多家空调码库，无需额外红外IC；
  • 语音控制响应快，一般在0.2~0.8s内完成；
  • 可远场识别，安静情况下可达10米；
  • 方案功耗低，工作功耗仅为0.2W左右；
  • 可靠性好，芯片方案已通过完整的可靠性测试，满足格力、美的等知名厂家要求；
  • 整套产品技术已成熟，具有完整的软件、硬件、结构设计方案，节省开发周期，降低开发难度；
  • 配合我司语音AI平台开发，可灵活定制唤醒词和命令词，不需要再专门收集语料训练。

USBDongle语音遥控器

3 应用描述

启英泰伦离线语音USB Dongle语音遥控器方案适用于各类需求控制的空调。 USB Dongle语音遥控器产品的使用场景为普通家居环境，在安静和中低噪音下可以达到良好的识别率。其中安静环境的环境底噪在35dB ~ 45dB之间，属于中低噪音环境；产品自身不带噪音。因对于成本和产品空间尺寸要求，可根据具体结构单独进行硬件板的设计。

4 产品设计流程

一个基于我司芯片的标准语音产品设计流程如下图所示：

产品设计流程

该流程主要针对我司新用户开发产品使用，包含了前期购买样品Demo进行验证，硬件选型，语音对话逻辑、软硬件方案和结构设计，设计完成后的测试，以及生产测试准备和后续批量采购等步骤。如果是已经熟悉我司方案的老用户，可以直接从中间步骤开始，不用再重复进行Demo测试等工作。

下面针对新用户的开发，对上述流程中的各个步骤逐一描述。

4.1 DEMO测试

针对新用户，可以先从我司授权的经销商或直接从我司官网 ☞样品购买 处购买对应的模块或开发板套件，进行识别效果测试，相关的软硬件技术文档可以从本文档中心处获取。用户测试满意后，可以进行硬件选型。

4.2 方案设计

选择好合适的芯片或模块后，可根据产品的功能进行下述设计：

如用户为首次进行语音方案开发，建议到 ☞启英泰伦语音AI平台 上获取基于相关芯片的语音产品方案设计Checklist文档，进行逐一检查以确保设计效果。如有技术支持需求请联系我司技术支持人员。

4.3 测试验收

产品方案设计完成形成样品后，建议对该样品进行相关的识别测试，相关测试方法和标准可参考 ☞识别效果测试。同时，还建议根据产品质量的要求进行各类硬件测试，如双85测试、静电测试等。为了保证最终的识别效果，还建议进行硬件底噪的测试及产品装机后的整机功能测试。

4.4 生产测试

样机测试完成后，会转入后续产线批量生产阶段。我司为产品的批量生产做了完善的解决方案，用户可以参考 ☞生产测试 获取更多信息。用户如需要生产测试的相关技术支持，请联系我司技术人员。

4.5 下单采购

用户如果要采购我司产品，请点击 ☞样品和批量采购 获取更多信息。

5 USB Dongle 空调遥控器设计方案介绍

5.1 方案特点

针对该产品领域我司开发了一款通用、便携、低功耗高性能的语音识别模块，型号为CI-C22SS02U，主芯片为CI1122。

该方案具有以下特点：

  • 体积小巧，长宽为57mm×19mm，采用标准USB供电方式，工作电压为4.5V-5.5V，板载蜂鸣器，红外发射管，红外接收管，麦克风，模块插入USB供电设备即可正常工作。
  • 主芯片支持离线神经网络计算，支持单麦克风降噪增强，360度全方位拾音，可抑制环境噪音，保证嘈杂环境中语音识别的准确性。使用本模块进行离线语音识别不依赖网络，时延小，性能高，可实现97%以上的高识别率，10米超远距离识别，响应时间最快达到0.2S。

设计框图

5.2 硬件设计参考

​CI-C22SS02U模块的一个硬件参考线路图及IO使用情况见下图和附件，用户可以使用CI1122芯片按照相同的使用方式设计硬件电路，可以方便的搭建整套离线语音USB Dongle空调遥控器方案。

☞USBDongle空调遥控器参考原理图

如图5所示，模块形状为长方形，尺寸为57mm×19mm，PCB板厚为2.0mm，模块最高度为8.8mm，用户可根据此尺寸设计结构。

尺寸图

5.3 主控方案SDK包说明

我司为用户基于上述硬件设计，提供了完整的SDK包，用户可以到 ☞启英泰伦语音AI平台 上获取相关SDK开发包。

本SDK包有以下功能点：

  • 控制方式：通过语音控制空调，替换传统遥控器控制或其它方式；
  • 控制功能：支持直接命令空调温度、制冷、加热、送风等常用模式；
  • 一键匹配：支持按遥控器上面的电源键，合成对所有的按键功能匹配。

5.4 固件烧录

用户可以将制作完成的固件烧录到模块中测试并使用，烧录步骤如下：

5.5 烧录前准备工作

用户要烧录模块前，需要准备一下物品：

  • 待烧录的模块
  • USB转串口工具
  • 固件烧录工具（pack_update_tool.exe）
  • 固件信息（*.bin格式的文件）
  • 杜邦线若干

固件烧录需准备的物品 固件烧录需准备的物品

5.6 硬件连接并烧录

以上图的USB转串口工具为例，在烧录前需要先将USB转串口工具的串口收发引脚分别和模块对应的引脚连接起来，（注意USB转串口的RXD和TXD分别对应模块的TX和RX）接着，模块的PG_EN连接USB转串口3.3V，模块接入USB电源输出。模块烧录的接线图如下图所示。

模块和USB转串口工具连接

打开固件烧录工具（该工具可以在SDK开发包中CI110X_SDK\tools目录找到PACK_UPDATE_TOOL.exe），根据芯片选择对应的型号，点击固件升级按钮，选择制作好的固件文件，并找到对应的电脑分配给USB转串口工具的串口端口号。准备工作就绪后，通过瞬间上电时短接PG_EN和旁边的引脚（拉高PG_EN管脚的电平）进入编程模式，此时可下载固件。如果遇到USB转串口工具在电脑上无法识别，请在电脑装上相应的驱动。

固件烧录工具示意图

固件烧录工具示意图

5.7 烧录后功能测试

固件烧录成功后，建议对模块进行功能测试，以验证烧录固件是否成功。功能测试时，通过USB给USB Dongle空调遥控器供电，通过上电有无”滴滴”声判端是否上电成功，同时用唤醒词和命令词测试是否能正常唤醒和识别，如果均能正常工作，则功能正常，烧录成功；否则，烧录失败，需进一步探其原因。空调命令词和匹配命令词见离线USB Dongle空调遥控器使用说明书。

☞USBDongle空调遥控器使用说明书

5.8 使用中可能出现的问题和解决方法

本章节列举了一些模块使用中可能遇到的问题和对应的解决方法。

1.模块不能烧录并更新固件。

出现上述问题后，请检查以下操作点：

  • 模块上电前是否已拉高PG_EN管脚（按上文3.5.2节描述和旁边的管脚短接）；
  • 串口管脚是否接对，TX和RX是否有接反，电脑端USB转串口工具驱动是否正常，PC端烧录工具是否选择了正确的串口号；
  • 如以上两点检查无误后，模块还不能烧录，需要使用万用表测量模块供电电压5V、3.3V、1.2V是否正确，用示波器测量晶体是否起振，频率是否为12.288Mhz。各个硬件测量点参考下图。如果发现有电压或晶体出问题，考虑为模块硬件故障，请更换模块或针对模块硬件进行维修。如上述检查均无问题，请联系我司技术支持人员获取帮助。

模块测试点分布图

6 产品结构相关注意事项

6.1 红外管选型和结构设计

离线语音USBDongle空调遥控器产品在红外管选型和设计结构可以参考如下文档：

☞红外管选型和设计结构建议

6.2 其它注意事项

  • 特别注意禁止直接点热溶胶用于固定麦克风头；
  • 将麦克风完全插入固定孔内部，避免歪斜，拾音孔中心孔对准麦克风的中心；
  • 选择符合环保RoHS要求的RTV硅胶，推荐常用的硅胶有703/704/737等，或其它有机材料、单组分室温固化硅胶等；
  • 多数硅橡胶灌胶厚度小于3mm以内实温完全固化时间为8 ~ 12小时，灌胶厚度 > 3mm以上完全固化时间更长，可分层多次浇灌，确保完全固化稳定密封；
  • 生产工艺可把固定麦克风工序提前，另外特别注意麦克风接线在重力拉扯下，未完全固化前容易导致麦克风扯歪，也需注意将麦克风插线固定好。

7 相关参考资料列表

编号 参考资料描述 获取方式
1 标准离线SDK
CI110X_SDK_ASR_Offline		 请到 ☞启英泰伦语音AI平台 上获取
2 离线语音USBDongle空调遥控器SDK 请到 ☞启英泰伦语音AI平台 上获取
3 测试固件 到 ☞启英泰伦语音AI平台 上获取
4 我司芯片和模块的选型指南 请点击 ☞硬件选型指南 查看
5 我司芯片硬件设计方法参考 请点击 ☞硬件设计参考 查看
6 麦克风和喇叭器件选型 请点击 ☞外围器件兼容列表 查看
7 产品结构设计 请点击 ☞产品结构设计 查看
8 软件开发方法和标准SDK说明 请点击 ☞软件开发 查看各部分内容
9 产品识别性能测试方法 请点击 ☞识别效果测试 查看
10 生产测试的方法 请点击 ☞生产测试 查看

用户如遇到使用问题，请到启英泰伦语音AI平台上提交技术工单，或直接联系我司技术人员获取协助。