MeowBot：ESP32 语音控制宠物猫 DIY 教程——玩转语音识别与 MQTT 智能家居控制 (附代码解析)

摘要: 本文将手把手教你打造一只名为 meowbot 的智能宠物猫！它不仅可以通过舵机灵动地打招呼，还能听懂你的语音指令，帮你控制智能家居设备。让我们一起开启这段充满乐趣的 diy 之旅吧！

关键词: esp32、语音识别、mqtt、智能家居、宠物机器人

一、 引言

厌倦了冰冷的智能音箱？渴望一只既能陪伴你，又能帮你控制家居的萌宠？今天就来教你 diy 一只基于 esp32 的智能宠物猫 meowbot！它能够识别你的语音指令，并通过 mqtt 协议控制智能家居设备，为你的生活增添乐趣和科技感。

二、 meowbot 功能介绍

meowbot 具备以下功能:

• 打招呼: 当你靠近 meowbot 时，它会通过舵机控制头部和尾巴摆动，并发出喵叫声，萌化你的心。
• 语音控制: meowbot 能听懂你的指令，例如“小猫，帮我打开灯”，然后通过 mqtt 协议发送控制指令给智能家居设备。
• 扩展功能: meowbot 还可以根据你的创意扩展其他功能，例如播放音乐、语音播报天气等。

三、 meowbot 系统设计

meowbot 的系统架构图如下所示:

3.1 硬件部分

meowbot 的硬件清单如下:

• esp32 开发板: 作为 meowbot 的大脑，负责接收传感器数据、处理语音指令、控制舵机和发送 mqtt 消息。
• ld3320 语音识别模块: 用于识别用户的语音指令，将其转换为文本信息。
• mg995 舵机 (x2): 用于控制 meowbot 的头部和尾巴动作，使其更加生动形象。
• hc-sr501 人体红外传感器: 用于检测是否有人靠近 meowbot，触发打招呼动作。
• 其他模块 (可选): oled 显示屏、扬声器、led 灯等，可以根据需要添加。

3.2 软件部分

meowbot 的软件部分主要包括：

• arduino ide: 用于编写和上传 esp32 代码。
• ld3320 库: 用于驱动 ld3320 语音识别模块。
• pubsubclient 库: 用于 esp32 连接 mqtt 服务器。
• servo 库: 用于控制舵机的转动角度。

四、 meowbot 制作步骤

4.1 硬件连接

按照以下电路图连接各个硬件模块：

注意: 具体的引脚连接需要根据你使用的硬件模块进行调整。

4.2 软件编写

4.2.1 安装库文件

在 arduino ide 中，依次点击“项目”->“加载库”->“管理库”，搜索并安装以下库文件：

• ld3320
• pubsubclient
• servo

4.2.2 代码示例

#include <ld3320.h>
#include <wifi.h>
#include <pubsubclient.h>
#include <servo.h>

// wifi 和 mqtt 设置
const char* ssid = "你的wifi名称";
const char* password = "你的wifi密码";
const char* mqtt_server = "你的mqtt服务器地址";
const int mqtt_port = 1883;
const char* mqtt_user = "你的mqtt用户名";
const char* mqtt_password = "你的mqtt密码";

// 定义引脚
const int headservopin = 12;  // 头部舵机引脚
const int tailservopin = 14;  // 尾巴舵机引脚
const int pirsensorpin = 27; // 人体红外传感器引脚

// 定义语音指令
const char* openlightcommand = "小猫，帮我打开灯";
const char* closelightcommand = "小猫，帮我关灯";

// 创建对象
ld3320 voicerecognition;
wificlient espclient;
pubsubclient mqttclient(espclient);
servo headservo;
servo tailservo;

// mqtt 主题
const char* lighttopic = "home/light";

// 初始化函数
void setup() {
  serial.begin(115200);
  // 初始化语音识别模块
  voicerecognition.init();
  voicerecognition.setinterrupt(false);
  // 初始化舵机
  headservo.attach(headservopin);
  tailservo.attach(tailservopin);
  // 初始化人体红外传感器
  pinmode(pirsensorpin, input);
  // 连接 wifi
  wifi.begin(ssid, password);
  while (wifi.status() != wl_connected) {
    delay(1000);
    serial.println("正在连接wifi...");
  }
  serial.println("wifi连接成功！");
  // 连接 mqtt 服务器
  mqttclient.setserver(mqtt_server, mqtt_port);
  mqttclient.setcallback(mqttcallback);
  while (!mqttclient.connected()) {
    if (mqttclient.connect("meowbot", mqtt_user, mqtt_password)) {
      serial.println("mqtt连接成功！");
    } else {
      serial.print("mqtt连接失败，错误码：");
      serial.println(mqttclient.state());
      delay(2000);
    }
  }
}

// 主循环函数
void loop() {
  // 处理 mqtt 连接
  mqttclient.loop();
  // 检测是否有人靠近
  if (digitalread(pirsensorpin) == high) {
    greet();
  }
  // 语音识别
  if (voicerecognition.available()) {
    string command = voicerecognition.readvoice();
    serial.print("识别到的指令：");
    serial.println(command);
    // 处理语音指令
    handlecommand(command);
  }
}

// 打招呼函数
void greet() {
  // 头部和尾巴摆动
  for (int i = 0; i < 3; i++) {
    headservo.write(60);
    tailservo.write(120);
    delay(500);
    headservo.write(120);
    tailservo.write(60);
    delay(500);
  }
  // 发出喵叫声 (可选)
}

// 处理语音指令函数
void handlecommand(string command) {
  if (command == openlightcommand) {
    // 发送 mqtt 消息控制灯打开
    mqttclient.publish(lighttopic, "on");
    serial.println("已发送打开灯的指令");
  } else if (command == closelightcommand) {
    // 发送 mqtt 消息控制灯关闭
    mqttclient.publish(lighttopic, "off");
    serial.println("已发送关闭灯的指令");
  } else {
    // 未识别到的指令
    serial.println("未识别到的指令");
  }
}

// mqtt 回调函数
void mqttcallback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  // 处理接收到的 mqtt 消息
}

4.3 代码解析

• 头文件: 代码开头的 #include 部分引入了程序所需库文件的头文件。

  • <ld3320.h>: ld3320 语音识别模块库，用于控制和读取 ld3320。
  • <wifi.h>: esp32 wifi 库，用于连接 wifi 网络。
  • <pubsubclient.h>: mqtt 客户端库，用于 esp32 与 mqtt 服务器进行通信。
  • <servo.h>: 舵机控制库，用于控制 meowbot 的头部和尾巴舵机。

• wifi 和 mqtt 设置:

  • ssid 和 password : 存储你的 wifi 网络名称和密码，确保 meowbot 能够连接到你的家庭网络。
  • mqtt_server, mqtt_port, mqtt_user, mqtt_password: mqtt 服务器的相关信息，包括地址、端口号、用户名和密码。你需要设置好自己的 mqtt 服务器，并将这些信息填写到代码中，以便 meowbot 与服务器进行通信。

• 定义引脚:

  • headservopin, tailservopin, pirsensorpin: 定义了头部舵机、尾巴舵机和人体红外传感器分别连接到 esp32 开发板的哪些引脚。你需要根据实际连接情况修改这些引脚号。

• 定义语音指令:

  • openlightcommand, closelightcommand: 定义了 meowbot 能够识别的语音指令，例如 "小猫，帮我打开灯" 和 "小猫，帮我关灯"。 你可以根据自己的喜好修改这些指令，甚至添加更多指令来控制不同的智能家居设备。

• 创建对象:

  • voicerecognition: 创建 ld3320 对象，用于控制 ld3320 语音识别模块。
  • espclient: 创建 wificlient 对象，用于 esp32 连接到 wifi 网络。
  • mqttclient: 创建 pubsubclient 对象，用于 mqtt 通信，需要传入 wificlient 对象作为参数。
  • headservo, tailservo: 创建 servo 对象，分别控制 meowbot 的头部和尾巴舵机。

• mqtt 主题:

  • lighttopic: 定义了控制灯光状态的 mqtt 主题，例如 "home/light"。 你可以根据实际控制的设备修改主题名称。

• 初始化函数 setup():

  • serial.begin(115200): 初始化串口通信，用于调试输出信息。
  • voicerecognition.init(): 初始化 ld3320 语音识别模块。
  • voicerecognition.setinterrupt(false): 设置语音识别模块为非中断模式，即程序会一直等待识别结果，不会被其他任务打断。
  • headservo.attach(headservopin): 将头部舵机对象与对应的引脚关联起来。
  • tailservo.attach(tailservopin): 将尾巴舵机对象与对应的引脚关联起来。
  • pinmode(pirsensorpin, input): 将人体红外传感器引脚设置为输入模式。
  • wifi.begin(ssid, password): 连接 wifi 网络。
  • mqttclient.setserver(mqtt_server, mqtt_port): 设置 mqtt 服务器地址和端口号。
  • mqttclient.setcallback(mqttcallback): 设置 mqtt 消息回调函数，当收到订阅主题的消息时，会调用该函数进行处理。
  • mqttclient.connect("meowbot", mqtt_user, mqtt_password): 连接 mqtt 服务器。

• 主循环函数 loop():

  • mqttclient.loop(): 处理 mqtt 连接状态，保持与服务器的连接。
  • digitalread(pirsensorpin) == high: 检测人体红外传感器是否检测到有人靠近。
  • greet(): 如果检测到有人靠近，则调用 greet() 函数让 meowbot 打招呼。
  • voicerecognition.available(): 检查语音识别模块是否识别到语音指令。
  • voicerecognition.readvoice(): 读取识别到的语音指令。
  • handlecommand(command): 调用 handlecommand() 函数处理识别到的语音指令。

• 打招呼函数 greet():

  • 通过控制头部和尾巴舵机的角度，模拟 meowbot 打招呼的动作。

• 处理语音指令函数 handlecommand():

  • 该函数接收一个字符串类型的参数 command，表示识别到的语音指令。
  • 首先，使用 if (command == openlightcommand) 判断指令是否为打开灯的指令。
    • 如果是，则调用 mqttclient.publish(lighttopic, "on") 向 mqtt 服务器发送打开灯的指令。
    • lighttopic 是预先定义的控制灯光状态的 mqtt 主题，"on" 表示打开灯。
    • 最后，通过串口打印 "已发送打开灯的指令"，方便调试。
  • 接着，使用 else if (command == closelightcommand) 判断指令是否为关闭灯的指令。
    • 如果是，则调用 mqttclient.publish(lighttopic, "off") 向 mqtt 服务器发送关闭灯的指令。
    • "off" 表示关闭灯。
    • 最后，通过串口打印 "已发送关闭灯的指令"，方便调试。
  • 最后，如果指令既不是打开灯也不是关闭灯，则进入 else 分支，表示未识别到有效指令。
    • 此时，程序会通过串口打印 "未识别到的指令"，提示用户重新输入指令。

• mqtt 回调函数 mqttcallback():

  • 该函数在 esp32 从订阅的 mqtt 主题接收到消息时被调用。
  • 你可以根据需要编写该函数，例如，当接收到控制灯光状态的反馈消息时，可以通过串口打印出来，或者控制 led 灯指示灯状态等。

总结:

meowbot 的代码清晰易懂，主要实现了语音识别、舵机控制和 mqtt 通信功能。你可以根据自己的需求修改代码，例如添加更多语音指令、控制其他智能家居设备，甚至设计更复杂的动作和交互逻辑，打造独一无二的智能宠物猫。