离线语音茶吧机设计应用案例

1 概述¶

随着人们生活水平的提高，都追求舒适的体验感，特别是对操控性的要求越来越高。目前带功能的茶吧机产品的控制方式有以下几类：

按键控制：传统控制方式，每次要走到茶吧机边才行，操作麻烦；
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，放置也麻烦。且遥控器上按键较少，当茶吧机功能多的时候无法用单次按键控制全部的功能，组合按键不符合人们使用习惯；
手机APP控制：每次控制需要打开手机APP，需要联网，同时需配网，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。

为了解决以上痛点，可以采用纯离线语音识别进行控制，在成本增加不大的情况下，为产品带来更多的亮点和竞争力。启英泰伦针对该产品领域，已开发了整套离线语音茶吧机方案，下面对该方案进行介绍。

2 方案优势¶

启英泰伦离线语音茶吧机相对传统茶吧机方案，可让用户通过语音控制茶吧机设备，替换传统遥控器或按钮控制的方式，该方案有以下优势：

可以直接使用语音控制茶吧机，且无需联网，自然方便，识别率可达95%以上；
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，芯片方案已通过双85测试，满足格力、美的等家电巨头要求；
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。

3 应用描述¶

启英泰伦离线语音茶吧机方案适用于各类需控制的茶吧机。语音茶吧机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；开启茶吧机后环境噪音可达45dB ~ 65dB之间。该噪音环境下可以直接选用我司单麦克风语音模块，如CI-B0XGS01S或CI-B0XGS01S-H模块，以达到比较好的性价比。

特别注意，不同的茶吧机运行过程中，因为齿轮位置、进出水口等差异，运行产生的噪声大小也有不小的差异，为了达到最好的语音识别效果，在设计茶吧机整机结构时，因注意控制麦克风噪音小于65dB、具体参照下面结麦克风结构设计。

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：

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 选型指南¶

用户硬件选型可以直接参考 ☞硬件选型，如果用户想快速产品化，推荐直接使用我司已设计好的标准模块；如果现有标准模块无法满足产品的结构需求，也可以选用合适的芯片进行硬件板的设计。

4.3 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：

语音UI（唤醒词和命令词）设计：设计方法可参考 ☞语音UI设计参考；
硬件设计：设计方法可参考 ☞硬件设计参考；
结构设计：设计方法可参考 ☞产品结构设计；
软件开发：设计方法可参考 ☞软件开发。

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。

4.4 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，静电测试、防水测试等。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。

4.5 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。

4.6 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 茶吧机设计方案介绍¶

5.1 方案特点¶

用户可以用我司的芯片设计语音控制板，和原产品的电控板通过串口进行通讯，可以实现语音茶吧机的产品设计。该方式开发相对简单，可以快速对接完成产品，但成本略高，适用于需快速出产品的的方案或者第一次接触语音识别的方案。

该方案的设计框图如下，语音模块与电控模块需要4根线的串口连接，语音模块进行语音识别及根据茶吧机的状态进行信息播放，控制由电控模块完成。

5.2 硬件设计参考¶

用户可以使用我司芯片设计需要要求的语音模块，但为快速开发，推荐直接使用我司的以下标准模块：

CI-B02GS03T：适合空间比较高，纵深长的结构，串口接口电平为3.3V；
CI-B02GS01S：适合空间比较矮的结构，串口接口电平为3.3V；
CI-B02GS01J：适合有空间放置固定语音模块的结构，原来的茶吧机硬件改动较小，串口接口电平为5V。

用户直接使用我司标准语音模块时，有以下注意事项：

将语音模块板的串口跟电控串口对接，注意电控的供电需要大于500mA；
注意串口的电平要匹配，CI-B02GS01J支持5V电平，其他的模块支持3.3V，如果电控板使用5V电平，CI-B02GS01J可以对接直接串口，其它模块需要增加电平转换电路，如下图所示：

5.3 串口通讯方式¶

语音模块与电控模块通过串口进行信息交互，主要有两种方式，一种为语音模块主动播放，同时将信息发电控模块；另一种为语音模块被动播放，其分别描述如下：

语音模块主动播放模式

主动播放方式主要执行以下动作：

识别到词条；
主动播放反馈声音；
将此条信息串口告知电控模块；
电控模块执行动作。

该方式的优点在于控制方式简单，由语音模块单线输出信息给电控模块。但缺点在于无法根据茶吧机的情况及按键情况进行语音反馈。

语音模块被动播放模式

被动播放方式主要执行以下动作：

语音模块识别到词条；
将词条信息串口告知电控模块；
电控模块执行相关动作；
告知语音模块需要播放的内容；
语音模块根据电控模块反馈进行播放。

该方式的优点在于语音模块根据电控模块的状态进行播放对应内容，可以进行最合适的反馈，体验感好；同时如果电控模块通过按键或者遥控进行控制，语音模块也可以进行状态播放。缺点在于会多一次串口通信的过程。

5.4 SDK包说明和模块串口通讯协议¶

我司为用户提供了串口通讯方案完整的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。

模块的串口通讯建议使用我司标准协议，具体格式请参考 ☞串口协议。

注意：

ASR语言模型中文建议选择SE159，其他语种请使用对应语种的模型。茶吧机产品自带运行噪音，如果茶吧机本身噪音大于60db，建议打开降噪功能。
串口设置：
- 波特率：9600
- 停止位：1
- 数据位：8
- 奇偶校验：无
代码中通过判断 “命令+语音ID”获取是什么指令和功能。
发送的串口信息建议要检查完整性，可以用以下的checksum参考代码来实现。

6 产品结构相关注意事项¶

6.1 麦克风结构设计¶

茶吧机产品在设计结构时，针对麦克风应当注意以下事项：

麦克风布局尽量远离茶吧机的电机，进出水管等噪音处；
麦克风需要防水防尘处理，至少选择IP65规格的；
麦克风放在茶吧机的正面的位置，避免遮挡，保证拾音最大范围；
分贝仪测试运行时，麦克风处的稳态噪声需小于65dB；
麦克风连线较长可选择带屏蔽的线；
麦克风线扎捆远离电机或电控线。

下图以常用智能茶吧机为例，讲述麦克风结构开孔及位置的建议方式，固定麦克风的结构件也需要考虑麦克风线方便引出导线和避免干扰。

6.2 喇叭结构设计¶

茶吧机产品在设计结构时，针对喇叭应当注意以下事项：

考虑到音质，喇叭功率不能太小，建议选用1W以上喇叭，带音腔的喇叭效果会更好一点，同时注意硬件板上的功放驱动能力要匹配喇叭型号；
喇叭放置位置以美观及结构布局方便为主，但注意尽量避免和麦克风放在同一位置；
不带音腔喇叭可以在结构上做一个音腔密封后能增大音量输出。

下图是一个喇叭规格及开孔的建议。

6.3 其它注意事项¶

建议选择-32dB±3dB，信噪比大于70dB以上，性价比高的全向模拟麦克风；
若茶吧机电机震动比较大，选择较厚的麦克风胶套减缓震动，可减小对识别效果的影响；
茶吧机处理潮湿环境，最好板子刷三防漆，推荐选择IP65防水防尘的麦克风，；
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；
茶吧机内部接线多容易扯松，插头配插座带卡扣会更牢固；
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	茶吧机SDK Demo：串口通讯方案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

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