徐 莉，王志剛，高璽廣，張 博

（河北工業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院，天津 300401）

遠程智能家居監(jiān)控的實現(xiàn)主要有互聯(lián)網(wǎng)，手機和固定電話3種方法。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，手機的使用已經(jīng)相當普及，這就使得利用手機短信業(yè)務(wù)來實現(xiàn)監(jiān)控的方式越來越受到人們的青睞。GPRS是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種分組交換的數(shù)據(jù)承載和傳輸方式，數(shù)據(jù)傳輸速度是GSM的6倍，具有接入迅速、永遠在線、流量計費等特點[1]。

基于GPRS的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)，采用具有語音播放和語音識別功能的凌陽SPCE061A單片機為微控制器，結(jié)合MC35i無線通信模塊，通過收發(fā)手機短信、語音提示和識別的形式來實現(xiàn)家居安防和家電控制兩大功能。其中語音識別控制更是為家中有行動不便的老人提供方便，在老齡化日益嚴重的今天顯得尤為重要。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用凌陽的SPCE061A作為微控制器，實現(xiàn)信號的接收、分析和處理。 SPCE061A是臺灣凌陽公司推出的16位μ’nSPTM結(jié)構(gòu)的微控制器，片內(nèi)集成了2 k字的SRAM和32 k字 Flash、2個 10位 DAC輸出通道、7通道 10位電壓?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器和單通道聲音?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動增益控制（AGC）功能[2]，這為它進行語音數(shù)字信號的壓縮、解碼和儲存提供了便利。

GPRS模塊實現(xiàn)短消息（SMS）收發(fā)，選用了西門子MC35i無線通信模塊，兼容AT指令。MC35i共有40個引腳，通過ZIF連接器分別與電源電路、啟動與關(guān)機電路、數(shù)據(jù)通信電路、語音通信電路、SIM卡電路、指示燈電路等連接。通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，MC35i永遠在線，并提供較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。

遠程智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。

圖1 遠程智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的原理圖Fig.1 Schematic of remote smart home monitor

系統(tǒng)按功能劃分可分為兩模塊：一是安防模塊，采用JTY-GD-S839點型光電感煙火災(zāi)探測器，DN-DBJ型家用燃氣報警器和GP2D12紅外測距傳感器[3]，構(gòu)成傳感器模組。傳感器將采集到的各路模擬信號通過I/O口傳送給SPCE061A，經(jīng)過分析和處理，如果有異常情況出現(xiàn)則將報警短信交由MC35i無線通信模塊發(fā)送到用戶手機，并播報警情；

二是家電控制模塊，用戶在戶外可以通過手機向家中的MC35i模塊發(fā)送短信指令，MC35i通過串口向微控制器發(fā)送數(shù)據(jù)信息，單片機通過繼電器與家電設(shè)備相連，由I/O口輸出信號實現(xiàn)遠距離的家電控制。除此之外，SPCE061A具有語音識別的功能，在經(jīng)過語音訓(xùn)練后，單片機可識別用戶語音命令，來控制室內(nèi)家電設(shè)備的開啟和關(guān)閉。

1.2 硬件設(shè)計

1.2.1 MC35i與SPCE061A的硬件連接

MC35i的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，符合ITU2T RS232接口電路標準，工作在CMOS電平。由于SPCE061A的工作電平為TTL電平，因此MC35i在與SPCE061A連接工作時，就需要一個電平轉(zhuǎn)化芯片MAX232，將COMS電平轉(zhuǎn)換成TTL電平，與單片機連接，實現(xiàn)串口通信。

MAX232有 16個引腳，8 腳（R2IN）、9 腳（R2OUT）、10 腳（T2IN）、7 腳（T2OUT）構(gòu)成一條數(shù)據(jù)通道實現(xiàn) COMS/TTL 電平轉(zhuǎn)換，7腳和8腳分別接 MC35i的RXD0和 TXD0，9腳和10腳分別接SPCE061A的RXD和TXD，實現(xiàn)二者間的串口通信。MC35i的 Pin24－29 分別于 SIM 卡的 8、2、7、3、1 和 4 相連，表示 SIM卡的置入、復(fù)位、數(shù)據(jù)、時鐘、電源和接地[4]。MC35i的硬件連接圖如圖2所示。

圖2 MC35i的硬件連接圖Fig.2 MC35i hardware connection

1.2.2 SPCE061A與外圍電路的連接

SPCE061A最小系統(tǒng)通過外接按鍵電路，繼電器，傳感器模組和音頻輸出電路及揚聲器來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。主要的硬件連接如下：

1）SPCE061A有7個10位ADC （模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器）Line_In輸入通道，與IOA口的IOA0～IOA6共享，作為外部模擬電壓信號輸入通道。IOA0～IOA2口與傳感器模組相連，將采集到的模擬信號交由SPCE061A分析和處理；IOA4口與系統(tǒng)的按鍵電路相連，起到開啟監(jiān)控系統(tǒng)的作用；IOA7口接繼電器控制家電設(shè)備的開關(guān)

2）SPCE061A的A/D轉(zhuǎn)換器有8個通道，其中有1個通道是MIC－IN輸入，它專門用于對語音信號進行采樣。SPCE061A為音頻輸出提供DAC1和DAC2兩個通道，系統(tǒng)采用DAC1通道，音頻信號由SPCE061A的音頻DAC1引腳輸出送入音頻輸出電路，經(jīng)放大，輸出語音信號。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 AT指令集

MC35i與單片機之間的通信是由AT指令實現(xiàn)的。在PC機的超級終端上，完成AT指令的編寫和調(diào)試，實現(xiàn)短信的收發(fā)。AT 指令集的命令以“AT”或“at”開頭，以回車＜CR＞結(jié)束[5]。

短信收發(fā)的主要AT指令如下：

2.2 C語言編程

在AT指令編寫調(diào)試成功后，在凌陽的μ’nSPTM集成開發(fā)環(huán)境IDE中，用C語言編寫主程序，短消息發(fā)送和讀取函數(shù)，溫度、紅外、燃氣測量函數(shù)，繼電器控制函數(shù)，語音播報及識別函數(shù)等，實現(xiàn)短信報警和家電控制的功能。采用在線調(diào)試工具PROBE完成對SPCE061A的程序燒寫[6]。

當用戶發(fā)送短消息“ON”時，開繼電器控制家電設(shè)備開啟；當用戶發(fā)送短消息“OFF”時，關(guān)繼電器控制家電設(shè)備關(guān)閉。下面是讀取短消息內(nèi)容控制繼電器開關(guān)的程序：

系統(tǒng)的主程序流程圖如圖3所示。

2.3 語音功能

利用SPCE061A自識別語音指令的功能，用戶可直接給出語音命令控制家中電器設(shè)備的開關(guān)。提高語音識別的準確性，語音樣板的提取非常重要。第一步要建立詞庫，就是將待識別的命令進行頻譜分析，提取特征參數(shù)作為識別的標準模式。 第二步進行語音辨別，識別過程首先要濾除輸入語音信號的噪音和進行預(yù)加重處理，提升高頻分量，然后用線性預(yù)測系數(shù)等方法進行頻譜分析，找出語音的特征參數(shù)作為未知模式，接著與預(yù)先存儲的標準模式進行比較，當輸入的未知模式與標準模式的特征相一致時，便被機器識別，產(chǎn)生識別結(jié)果輸出[7]。

語音識別與播放由凌陽提供的庫函數(shù)實現(xiàn)。語音識別程序包括訓(xùn)練樣本和識別兩部分，樣本訓(xùn)練就是要建立 “詞庫”，訓(xùn)練過程主要是靠調(diào)用庫函數(shù) BSR_Train（）來完成，返回值為0時表示訓(xùn)練成功；BSR_InitRecognizer（）函數(shù)定義語音來源；在識別過程中，庫函數(shù)BSR_GetResult（）實現(xiàn)在辨識中獲取數(shù)據(jù)，當返回值大于0表明識別成功，單片機就可根據(jù)識別結(jié)果進行相應(yīng)的處理，控制家電設(shè)備的開關(guān)。調(diào)用BSR_StopRecognizer（）停止辨識。

圖3 系統(tǒng)的主程序流程圖Fig.3 Flow chart of main program

警情的語音播報，采用凌陽的SCAM_S480音頻壓縮算法壓縮聲音文件，該壓縮存儲容量大，音質(zhì)介于A2000和S240之間，適用于語音播放。將錄制好的聲音文件存入單片機的FLASH即可，通過調(diào)用 SACM_S480_ServiceLoop（）庫函數(shù)獲取語音資料，SACM_S480_Play（）函數(shù)開啟語音播放、SACM_A2480_Stop（）停止語音的播放、音量大小由函數(shù)SACM_S480_Volume（）控制。

3 結(jié)束語

基于GPRS技術(shù)和SPCE061A的家居監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合了GPRS網(wǎng)絡(luò)及SPCE061A語音播報和識別的功能，通過手機收發(fā)短信、語音提示警情和語音識別3種方式，滿足了人們對遠程家居安防和家電控制智能化的要求。系統(tǒng)具有通用性能好、控制效果穩(wěn)定、便于擴展的特點，可以廣泛應(yīng)用于智能樓宇，物聯(lián)網(wǎng)等新興領(lǐng)域。

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