修远天窗控制系统——子项目四：“听话”的天窗

#K10真实情境案例
#修远智慧体验中心天窗控制系统原型

• 子项目一：开合自如的天窗
• 子项目二：捕获环境信息
• 子项目三：用数据掌控天窗
  

目标：

拓展项目广度，实践人工智能技术在控制系统中的应用。

任务：

• 增加语音控制功能：为天窗控制系统增加语音识别功能，将语音信号转换为控制信号，实现对天窗的语音控制，了解语音识别技术的基本原理和实现方法。
• 体验人工智能应用：亲身体验人工智能技术与传统控制系统相结合的智能控制方式，拓宽知识面，激发对人工智能的兴趣，培养创新思维和实践能力。
  

   前情提要  

在子项目三中，我们已经实现了通过光线和水分这两个环境条件来统筹控制天窗的开合，打造了控制天窗的“无形之手”。



然而，在某些情况下，我们可能需要让系统既能自动控制天窗，也能根据同学们的需求（例如，单纯需要开窗通风）来干预天窗的运行。

有没有一种方法既能实现自动控制，又能根据需求让天窗乖乖听话，同时还能带有一些创客风的酷炫效果呢？我们可以用K10的语音识别功能实现这个想法。

   “听话”的天窗   

废话不多说，先上演示视频


从视频展示的流程看，系统在经过初始化后，会等待唤醒词“小行你好”，如果被唤醒词激活，则等待语音指令，同时识别指示灯亮起（样例中设置为等待6秒，如果6秒内没有识别到有效指令，会退出语音识别）。



当识别的命令词匹配命令词1（语音模式），则进入语音模式的流程分支。反之系统也会在识别到命令词0后，切换到自动模式。

  语音识别原理  

进入语音模式后，会执行下面的步骤。我们可以通过这个案例向学生解读语音识别的一般流程。


流程图中的“预处理（降噪、增益调整）”学生可能难以理解，说人话，可以解读为“让声音更清楚，更容易被机器理解”。当系统匹配到特定的命令词（如“开天窗”或“关天窗”）后，会生成相应的控制指令。这些控制指令本质上也是开关量信号，用于控制设备的开关状态。

   智能天窗里的国产技术  

软件上，完成语音识别的是DFRobot ASR轻量级离线模型（应该是基于ESP-SR），硬件基于K10的主控芯片——国产乐鑫ESP32-S3。



K10使用的是ESP32-S3-WROOM模组，芯片被银色的金属屏蔽罩覆盖，所以不能直接看到EPS32-S3芯片真身，我从立创商城找了张图片。



乐鑫官网对于ESP32-S3的介绍中，AI加速是被突出的亮点



我们可以在这个项目中渗透“自主可控”的信息素养，让学生通过操作实践，体验国产技术，形成对“自主可控”的理解与认同。

  编程实现  

在系统初始化中，需要预设好语音识别命令词。K10使用汉语拼音作为基本识别单元，比如“打开天窗”，要以“da kai tian chuang”的方式添加到命令词列表中。



主程序可参考项目开头梳理的流程编写，舵机控制、屏幕显示、环境检测等函数可参考子项目一、二、三编写，这里不再赘述。


由于众测阶段K10的MicroPython库尚未支持AI部分的功能，python代码的例程待官方支持后补充。   UI优化   为让界面切换到语音识别模式后有更直观的显示效果，我考虑在屏幕上增加一个醒目的红色麦克风标志。

    但是，如果将麦克风图标单独放到指定坐标显示，刷新后会让屏幕下半截变成空白。所以这里采用了一个变通的方法：制作两张下半部分的背景，其中一张包含麦克风图标。这样在不同模式下整体替换即可达成需要的效果。




语音模式



自动模式

   思辨与小结   

1.AI课堂教学的适恰层级

从《教育强国建设规划纲要（2024—2035年）》、教育部办公厅发布的关于加强中小学人工智能教育的通知，再到风口浪尖的DeepSeek，可以预见信息科技课堂普及人工智能教育是政策应然也是时代必然。

基于一线操作视角，我认为目前中小学人工智能教育可以分为以下4个层级：



本项目便是处于第三层级的基于开源硬件的AI实作，且适合大班教学。


2. 从基础信息科技实验跃升人工智能系统构建

K10以较低的价格，单板集成环境光、温湿度、加速度等传感器，具备蓝牙、WIFI，且支持图像检测、语音识别、语音合成三项AI功能，无论从成本（包括硬件采购成本、器材管理成本）还是操作难度上，都为轻量化AI实践平台进入课堂做好了铺垫。

正是因为它涵盖了从基础信息科技实验到人工智能系统构建的广泛需求，我才能将六年级下册第二单元“控制系统中的运算”改造为一个包含人工智能元素的实践项目。