汪開元,胡大春

(巢湖市第一中學(xué),安徽 合肥 238000)

基于樹莓派的智能家居語音控制系統(tǒng)

汪開元,胡大春

(巢湖市第一中學(xué),安徽 合肥 238000)

目前,家庭中常用觸摸開關(guān)、紅外遙鈕等控制開關(guān),從而控制家用電器(照明燈、空調(diào)、電視).然而,在夜間開啟或關(guān)閉家用電器時,需要用戶到達(dá)控制開關(guān)安裝位置處,按下控制開關(guān)后才能開啟或關(guān)閉家用電器,給用戶帶來了不便;用戶在使用遙控器時,易亂放遙控器,導(dǎo)致夜間難以找到遙控器,給用戶帶來了不便.為了解決以上技術(shù)問題,設(shè)計了一種基于樹莓派的語音控制系統(tǒng),為方便用戶在夜間開啟或關(guān)閉家用電器提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ),能夠解決用戶在夜間不方便開啟或關(guān)閉家用電器的問題.

開關(guān);微處理器;通訊模塊;接頭模塊

1 工作原理

該系統(tǒng)包括微處理器、通訊模塊、接頭模塊、語音模塊和電子開關(guān).微處理器、通訊模塊、接頭模塊、語音模塊和電子開關(guān)之間用電連接.電子開關(guān)串聯(lián)在照明燈控制回路、空調(diào)控制回路或電視控制回路.其中,微處理器、通訊模塊、接頭模塊和電子開關(guān)構(gòu)成一個控制單元,每個控制單元安裝在照明控制回路、空調(diào)控制回路或電視控制回路,然后安裝在房間中.每個房間安裝有1個語音模塊,每個語音模塊分別與1個控制單元中的接頭模塊可拆卸電連接.

語音模塊包括麥克風(fēng)、USB聲卡、揚聲器和音頻放大器,其中,USB聲卡與接頭模塊連接.接頭模塊包括第一RJ45接頭和第二RJ45接頭,兩者都與微處理器之間進行電連接.

2 設(shè)計效果

該系統(tǒng)極大地方便了用戶在夜間開啟或關(guān)閉家用電器,其中,語音模塊采集到用戶發(fā)出的"關(guān)"或"開"的語音時,輸出給微處理器;微處理器根據(jù)接收到的語音數(shù)據(jù)控制電子開關(guān),從而控制照明燈控制回路中指定的電器,可省去用戶到控制開關(guān)安裝處按下控制開關(guān)的環(huán)節(jié),方便了用戶在夜間使用家用電器.使用該系統(tǒng)后,一套房子內(nèi)設(shè)置有多個控制單元、1個語音模塊,這樣就實現(xiàn)了1個語音模塊控制多個控制單元,從而控制多個控制回路中的家用電器.由于語音模塊通過接頭模塊與微處理器可拆卸電連接,可以根據(jù)用戶需要改變語音模塊的安裝位置,提高了該系統(tǒng)的靈活性.

使用該系統(tǒng)后,一套房子內(nèi)可以設(shè)置多個語音模塊、1個控制單元,無論用戶在哪個房間,均可以通過語音模塊或過道內(nèi)控制單元控制房間,從而控制回路中的家用電器.該系統(tǒng)中當(dāng)用戶利用麥克風(fēng)輸入語音數(shù)據(jù),成功開啟控制回路

中的家用電器后,利用揚聲器播放對應(yīng)設(shè)備成功打開的信息,增強了用戶體驗.

3 具體實施方式

以下對本系統(tǒng)中的技術(shù)方案進行描述,所描述的實例僅僅是本系統(tǒng)的一部分.在本系統(tǒng)中,語音控制系統(tǒng)包括微處理器、通訊模塊、接頭模塊、語音模塊和電子開關(guān) ,所述通訊模塊包括有線通訊模塊、無線通訊模塊;所述語音模塊用于采集用戶輸入的語音數(shù)據(jù);電子開關(guān)串接在控制回路上,用來控制包括照明燈控制回路、電視控制回路、空調(diào)控制回路等.語音模塊采集到用戶發(fā)出的語音時,輸出給微處理器,微處理器根據(jù)接收到的語音數(shù)據(jù),控制電子開關(guān),從而控制照明燈控制回路中照明燈的啟閉,電視控制回路中電視的啟閉,空調(diào)控制回路中空調(diào)的啟閉.

本實例中,微處理器、通訊模塊、接頭模塊、電子開關(guān)構(gòu)成一個控制單元,每個控制單元安裝在照明燈控制回路、空調(diào)控制回路、電視控制回路上,每個照明控制回路安裝在房間或走道中,每個空調(diào)控制回路或電視控制回路安裝在一個房間中,一套房子內(nèi)設(shè)置有多個控制單元,一套房子內(nèi)設(shè)置1個語音模塊,用一個語音模塊可以控制多個控制單元、多個控制回路.由于語音模塊通過接頭模塊與微處理器可拆卸電連接,可以根據(jù)用戶需要改變語言模塊的安裝位置,比如將語音模塊的安裝位置從客廳換到臥室.

USB聲卡用于將微處理器可識別的數(shù)字編碼信號轉(zhuǎn)換成語音數(shù)據(jù)后,通過揚聲器進行播放.當(dāng)用戶利用麥克風(fēng)輸入語音數(shù)據(jù)后,成功開啟照明燈控制回路中照明燈、電視控制回路中的電視、空調(diào)控制回路中的空調(diào)后,利用揚聲器播放照明燈、電視、空調(diào)成功打開的信息.

3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

具體連接方式為:樹莓派Raspberry Pi的數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD、數(shù)據(jù)接收端RXD分別與通訊模塊ZG-MX00的數(shù)據(jù)接收端RXD、數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD電連接;樹莓派Raspberry Pi的端口D-、D+分別與第一RJ45接頭的端口D-、D+電連接;樹莓派Raspberry Pi的端口GPIO7與繼電器的控制端S電連接,繼電器的常開觸點通過交流電源與照明燈的一端電連接,照明燈的另一端與繼電器的公共端電連接;樹莓派Raspberry Pi的端口GPIO5與紅外模塊的端口OUT電連接;樹莓派Raspberry Pi的端口GPIO26與紅外模塊的端口OUT電連接.USB聲卡CM108的端口+、-分別與麥克風(fēng)電連接,USB聲卡CM108的端口OUT、GND分別與音頻放大器LM386的端口IN、GND電連接,音頻放大器LM386的端口OUT、GND與揚聲器電連接.USB聲卡CM108的端口D+、D-分別與第二 RJ45接頭的端口D+、D-電連接.

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在使用時,本語音控制系統(tǒng)可以與現(xiàn)有技術(shù)中的軟件配合,實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)的傳輸及控制.下面結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)中的軟件對該系統(tǒng)的工作原理進行描述.

利用語音模塊中麥克風(fēng)采集到用戶發(fā)出的語音后,USB聲卡將語音數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成微處理器可識別的數(shù)字信息,輸出給微處理器;微處理器根據(jù)接收到數(shù)字信息,控制繼電器的通斷以及紅外模塊的紅外線發(fā)射;在成功開啟照明燈控制回路中的照明燈、電視控制回路中的電視、空調(diào)控制回路中的空調(diào)后,利用揚聲器播放照明燈、電視、空調(diào)成功打開的信息.

4 結(jié)束語

總之,智能家居將極大地改變?nèi)藗兊娜粘Ｉ?也逐漸被人們所熟知.作為一名高中生,處于這樣一個良好的大環(huán)境下,在學(xué)習(xí)文化課的同時,應(yīng)多思考生活中哪些人們習(xí)以為常的東西本身也是存在很多缺陷和不足的,并盡可能解決問題,使其滿足科學(xué)性、實用性和創(chuàng)新性要求.這樣不但可以帶動周邊人的創(chuàng)新積極性,也提升了自己的個人能力.

[1]張偉.面向智能家居的嵌入式語音控制系統(tǒng)的研究[D].鄭州:鄭州大學(xué),2015.

[2]周旭.車載藍(lán)牙語音控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].長春:吉林大學(xué),2011.

汪開元,男,安徽巢湖人,巢湖市第一中學(xué)學(xué)生,研究方向為計算機應(yīng)用.胡大春,男,安徽巢湖人,本科學(xué)歷,巢湖市第一中學(xué)教師,研究方向為計算機.

〔編輯:張思楠〕

TU855

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.22.056

2095-6835(2017)22-0056-02