基于Arduino的语音识别温湿度监测系统：从传感器到语音播报的全链路实现

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传统温湿度监测系统往往只停留在数据采集和显示的层面，缺乏与用户的直接交互。在实际应用中，特别是在一些特殊场景（如黑暗环境或不便查看屏幕的情况下），语音交互能极大提升用户体验。此外，在电池供电场景下，持续运行的语音识别模块会带来较大的能耗挑战，这也是很多开发者头疼的问题。

我们对比了 LD3320 和 SYN7318 两款常见的离线语音识别芯片：

参数	LD3320	SYN7318
识别率	85%	92%
待机功耗	3mA	5mA
唤醒响应时间	200ms	150ms
成本	25 元	35 元

最终选择 LD3320，因其在成本和功耗上的优势更适合我们的低功耗需求。

DHT11 虽然精度（±2℃, ±5%RH）不如 DHT22（±0.5℃, ±2%RH），但其响应速度快、价格低廉（仅 DHT22 的 1 /3），且对于室内环境监测完全够用。

I2C 虽然节省 IO 口，但在长距离传输时稳定性较差。UART 虽然多用一根线，但抗干扰能力更强，最终选择 UART 连接各模块。

整个系统由四个主要部分组成：

语音识别模块（LD3320）
传感器模块（DHT11）
音频播放模块（DFPlayer Mini）
主控单元（Arduino Nano）

数据流：语音指令→LD3320→Arduino→DHT11 数据采集→Arduino 处理→DFPlayer 播放

使用厂商提供的 PC 端工具录制唤醒词
设置 3 - 5 个相近发音的负样本提高抗干扰性
调整识别阈值至 75% 灵敏度平衡误触发率

采用滑动平均滤波，窗口大小设为 5：

float filter(float newVal) {static float buffer[5] = {0};
    static byte index = 0;

    buffer[index] = newVal;
    index = (index + 1) % 5;

    float sum = 0;
    for(int i=0; i<5; i++) {sum += buffer[i];
    }
    return sum / 5;
}

预先录制好数字发音片段（0-9、十、百、度等），播放时动态组合。例如 ”25.6 度 ” 拆分为 ”20″+”5″+” 点 ”+”6″+” 度 ” 五个音频文件。

void loop() {
    static unsigned long lastCheck = 0;

    // 每 100ms 检查一次语音模块
    if(millis() - lastCheck > 100) {if(voice.update()) { // 非阻塞检测
            String cmd = voice.read();
            if(cmd == "查询温湿度") {readSensor();
            }
        }
        lastCheck = millis();}

    // 其他任务...
}

bool readDHT(float &temp, float &humi) {byte data[5] = {0};
    // ... 传感器通信代码...

    // CRC 校验
    byte checksum = data[0] + data[1] + data[2] + data[3];
    if(data[4] != checksum) {return false; // 校验失败}

    temp = data[2] + data[3]*0.1;
    humi = data[0] + data[1]*0.1;
    return true;
}