高鑫茹

【摘 要】智能家居主要為人們提供更加便捷、舒適、安全的生活環(huán)境，將是以后家居發(fā)展的主體。它是指將家里的電子產(chǎn)品、家用設(shè)備通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，建立由屋里環(huán)境檢測(cè)、處理、工作、家居自動(dòng)化的管理系統(tǒng)。智能家居貼合我們的生活，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文設(shè)計(jì)了一款以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)作為遠(yuǎn)程傳輸方式，以語(yǔ)音控制為近距離控制方式，并且能與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接的智能家居系統(tǒng)?；诒鞠到y(tǒng)設(shè)計(jì)要求，選用了STM 15系列單片機(jī)作為硬件控制平臺(tái)，使用Keil軟件進(jìn)行編程、調(diào)試，在設(shè)計(jì)過(guò)程中使用Altium Designer軟件完成電路設(shè)計(jì)，并通過(guò)Proteus進(jìn)行電路仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證電路的可靠性，最終建立了穩(wěn)定的智能家居系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】智能家居；功能模塊；自動(dòng)檢測(cè)；語(yǔ)音控制

1.項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的功能介紹

本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制部分家電啟動(dòng)、自動(dòng)檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境、自動(dòng)控制部分家電啟動(dòng)、無(wú)線控制部分家電的功能。其整體系統(tǒng)功能示意圖如圖1所示。

2.智能家居系統(tǒng)的功能模塊介紹

2.1無(wú)線控制模塊功能介紹

以網(wǎng)頁(yè)的形式顯示監(jiān)控界面。用戶可通過(guò)手機(jī)或者任何能夠與互聯(lián)網(wǎng)連接的設(shè)備。通過(guò)點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)上的按鈕來(lái)控制改變家居環(huán)境。這種顯示方法更加簡(jiǎn)單、更加直觀、更加人性化，讓用戶可以隨時(shí)隨地監(jiān)控家居環(huán)境。

通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)家居內(nèi)部設(shè)備的集中控制。將WiFi模塊與嵌入式控制器通過(guò)串口連接起來(lái)，通過(guò)嵌入式網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)的互聯(lián)互通。如：可通過(guò)使用WiFi技術(shù)將開(kāi)關(guān)與電燈組成無(wú)線控制網(wǎng)絡(luò)，可以通過(guò)控制終端向開(kāi)關(guān)發(fā)送命令，調(diào)節(jié)燈光的明暗狀況。除此之外，還可以控制窗簾的開(kāi)合、蜂鳴器報(bào)警。

2.2自動(dòng)檢測(cè)模塊功能介紹

1.煙霧濃度檢測(cè)

通過(guò)使用煙霧傳感器，全天24小時(shí)監(jiān)控可能發(fā)生的煤氣泄漏，檢測(cè)到危險(xiǎn)信息時(shí)，通過(guò)預(yù)警裝置，發(fā)出警報(bào)信息，提醒住戶存在安全隱患。

2.空氣質(zhì)量檢測(cè)

通過(guò)使用空氣質(zhì)量傳感器，可通過(guò)監(jiān)控室內(nèi)氨氣、硫化物等有害氣體和煙霧的量。將氣體含量在單片機(jī)中的反饋控制LED燈的開(kāi)關(guān)，可通過(guò)觀看LED的開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)得到室內(nèi)的空氣質(zhì)量是否合格，從而能在室內(nèi)空氣質(zhì)量不合格時(shí)及時(shí)對(duì)室內(nèi)通風(fēng)進(jìn)行調(diào)整。

3.室外天氣檢測(cè)

通過(guò)使用雨滴傳感器，當(dāng)檢測(cè)到外界的雨滴時(shí)，將信號(hào)傳入單片機(jī)，單片機(jī)帶動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)窗簾的關(guān)閉功能。

2.3語(yǔ)音控制模塊功能介紹

1.通過(guò)語(yǔ)音控制模塊，以語(yǔ)音的形式控制改變家居環(huán)境。這種顯示方法更加簡(jiǎn)單、更加方便、更加人性化。

2.可通過(guò)使用語(yǔ)音控制模塊將開(kāi)關(guān)與電燈、運(yùn)作窗簾開(kāi)合的電機(jī)、運(yùn)作窗戶開(kāi)關(guān)的電機(jī)以及蜂鳴器，分別組成語(yǔ)音控制網(wǎng)絡(luò)，可以通過(guò)語(yǔ)音控制向開(kāi)關(guān)發(fā)送命令，調(diào)節(jié)燈光的開(kāi)關(guān)、窗簾的開(kāi)合、窗戶的開(kāi)關(guān)以及蜂鳴器的開(kāi)關(guān)狀況。

3.智能家居系統(tǒng)的功能模塊研究

本課題的測(cè)試環(huán)境模擬家庭環(huán)境，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。在該環(huán)境下測(cè)試智能家居的各模塊性能，如語(yǔ)音模塊、自動(dòng)檢測(cè)及控制模塊等是否符合實(shí)際要求。

3.1對(duì)自動(dòng)檢測(cè)模塊的研究

選擇的煙霧傳感器為ZYMQ-2氣體傳感器，適用于家庭和工廠的氣體泄漏，可用于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、煙霧等的檢測(cè)，擁有廣泛的探測(cè)范圍，較高的靈敏度，可快速響應(yīng)恢復(fù)。除此之外還有優(yōu)異的穩(wěn)定性，使用壽命長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。其原理圖如下圖2。

3.2對(duì)自動(dòng)控制模塊的研究

本系統(tǒng)中，為更好的實(shí)現(xiàn)家居的智能控制，對(duì)窗簾、窗戶等家居都設(shè)計(jì)了自動(dòng)的控制系統(tǒng)。對(duì)窗戶和窗簾開(kāi)合的自動(dòng)控制，將雨滴傳感器分別與運(yùn)作窗簾開(kāi)合的電機(jī)、運(yùn)作窗戶開(kāi)關(guān)的電機(jī)組成自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)雨滴傳感器檢測(cè)到雨滴時(shí)，運(yùn)作窗簾開(kāi)合和運(yùn)作窗戶開(kāi)關(guān)的兩個(gè)電機(jī)即刻開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)窗戶和窗簾關(guān)閉。即可實(shí)現(xiàn)當(dāng)外界檢測(cè)到下雨時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉窗戶與窗簾。

對(duì)于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，選擇的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊為L(zhǎng)298N驅(qū)動(dòng)板。該驅(qū)動(dòng)版可驅(qū)動(dòng)兩路直流電機(jī)，若要對(duì)直流電及進(jìn)行PWM調(diào)速，只需設(shè)置IN1和IN2確定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，然后對(duì)使能端輸出PWM脈沖即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。

3.3對(duì)語(yǔ)音控制模塊的研究

語(yǔ)音識(shí)別ASR技術(shù)，是基于關(guān)鍵詞語(yǔ)列表識(shí)的技術(shù)。只需要設(shè)定好要識(shí)的關(guān)鍵詞語(yǔ)列表，并把這些關(guān)鍵詞語(yǔ)以字符的形式傳送到芯片內(nèi)部，就可以對(duì)用戶說(shuō)出的關(guān)鍵詞語(yǔ)進(jìn)行識(shí)。不需要用戶作任何地錄音訓(xùn)練。非特定人語(yǔ)音識(shí)技術(shù)ASR，是對(duì)幾十G的語(yǔ)音數(shù)據(jù)經(jīng)語(yǔ)言學(xué)家語(yǔ)音模型分析，科學(xué)家建立數(shù)學(xué)模型，并經(jīng)過(guò)反復(fù)訓(xùn)練提取基元語(yǔ)音的細(xì)節(jié)特征，以及提取各基元間的特征差異?？梢缘玫皆诮y(tǒng)計(jì)概率最優(yōu)化意義上的各個(gè)基元語(yǔ)音特征。最后才由資深工程師將算法以及語(yǔ)音模型轉(zhuǎn)化為硬件芯片以應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)中。

基于領(lǐng)先的語(yǔ)音識(shí)核心引擎，本文選擇的語(yǔ)音識(shí)別模塊是LD3320。LD3320是一顆基于非特定人語(yǔ)音識(shí)技術(shù)的語(yǔ)音識(shí)、聲控芯片。提供了真正的單芯片語(yǔ)音識(shí)解決方案。LD3320芯片上集成了高精度的A/D和D/A接口，不再需要外接輔助的Flash和RAM，即可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)、聲控、人機(jī)對(duì)話功能。并且，語(yǔ)音識(shí)別的關(guān)鍵詞語(yǔ)列表是可以動(dòng)態(tài)編輯的?；贚D3320，可以在任何的電子產(chǎn)品中，甚至包括最簡(jiǎn)單的51作為主控芯片的系統(tǒng)中，輕松實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)、聲控、人機(jī)對(duì)話功能。

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（作者單位：山東科技大學(xué)（泰安））