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        基于語音控制的智能家居交互系統(tǒng)

        2021-09-28 11:43:16上海市嘉定區(qū)新城實驗中學王米樂
        發(fā)明與創(chuàng)新 2021年36期
        關鍵詞:燈帶窗簾風扇

        上海市嘉定區(qū)新城實驗中學 王米樂

        一、設計背景和目標

        隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,利用硬件設備將各種家居連接至管理平臺,進而實現(xiàn)對家居設備的統(tǒng)一管理、遠程監(jiān)控逐漸成為趨勢。然而,傳統(tǒng)的智能家居控制方式無法滿足兒童和老人等特定人群的需求。

        針對上述問題,我設計了一個通過語音控制的智能家居交互系統(tǒng),實現(xiàn)各年齡段使用人群都能便捷控制智能家居設備,達到省時省力、輕松快捷的效果。

        例如,傳統(tǒng)窗簾必須通過人工拉動,人們每天早、晚開關窗簾是一件很繁瑣的事。而傳統(tǒng)智能家居控制方式需要使用復雜的管理平臺進行操作,雖然窗簾不再需要人工拉動,但自動控制的便捷性不高,要求使用者具有較強的操作能力。而基于語音控制的智能電動窗簾就完全不用考慮這些問題,只要語音反饋“拉開窗簾”或“關閉窗簾”便可控制。

        二、設計思路

        本項目由智能語音系統(tǒng)、智能電視模塊、智能窗簾模塊、智能風扇模塊、智能電燈模塊、天氣預報模塊等組成,使用者通過智能語音系統(tǒng)與智能網(wǎng)關通信,控制各個智能模塊運行,最終達到滿足使用者需求的目的。該系統(tǒng)的整體設計框架如圖1 所示。

        圖1 系統(tǒng)整體設計框架

        三、設計過程

        1.模型房間設計

        首先在紙上設計草圖,然后在Lasercad中繪制作品的平面圖,如圖2;再利用激光切割機對模型房間的木板進行切割,如圖3。模型房間使用的是0.3 cm×45 cm×90 cm 木板,完成激光切割后使用膠槍進行粘接。

        圖2 在Lasercad 中繪制作品平面圖

        圖3 切割后的模型房間木板

        2.控制系統(tǒng)設計

        采用百度語音識別技術,用戶需要申請語音識別API 賬號,然后登錄賬號即可使用百度的語音識別功能。

        3.設備管理設計

        使用的軟件為Mind+,硬件為掌控板2.0開發(fā)板和掌控板IO 拓展板,利用Mind+軟件編制控制程序,編制程序界面如圖4 所示。

        圖4 程序界面

        所有智能模塊的硬件用杜邦線連接至掌控板及拓展板,利用百度的語音識別功能,通過語音控制相關的執(zhí)行器如電機、風扇、燈帶的運行,實現(xiàn)智能家居的功能。

        4.硬件控制設計

        (1)智能電視模塊

        提前在掌控板程序中添加需要展示的圖片,在Mind+中編寫語音控制電視的程序,當聽到語音開啟和關閉電視時,實現(xiàn)電視的自動開啟和關閉。掌控板和拓展板如圖5、圖6 所示。

        圖5 掌控板

        圖6 拓展板

        (2)智能窗簾模塊

        首先需要安裝齒條、齒輪和直流微型小電機(3~6 V),如圖7、圖8 所示,在Mind+中編寫語音控制窗簾的程序,當聽到語音開啟和關閉窗簾時,通過調(diào)節(jié)電機帶動齒輪轉(zhuǎn)動,從而實現(xiàn)智能窗簾的開關功能。

        圖7 電機

        圖8 齒條和齒輪

        (3)智能風扇模塊

        用模板電機和風扇葉(如圖9)組裝一個風扇模型,然后在Mind+中編寫語音控制風扇電機的程序,進而實現(xiàn)語音控制風扇的開關功能。

        圖9 風扇葉

        (4)智能電燈模塊

        智能電燈模塊采用5 V USB LED 燈帶,如圖10 所示,在Mind+中編寫控制燈帶的程序,實現(xiàn)燈帶開啟,為居住環(huán)境營造氛圍。

        圖10 燈帶

        (5)天氣預報模塊

        利用Mind+的天氣功能可以實時查詢天氣情況。

        5.模型制作及功能測試

        如圖11 所示,完成“基于語音控制的智能家居交互系統(tǒng)”模型的制作以及功能的測試。經(jīng)測試,該系統(tǒng)穩(wěn)定,達到了利用語音控制智能家居的目的。

        圖11 基于語音控制的智能家居交互系統(tǒng)模型圖

        四、創(chuàng)新點

        1.采用百度語音識別技術,申請語音識別API,使用語音控制家居,更人性化,更方便、快捷。

        2.電視、電燈、電扇、窗簾等家具的智能控制通過Mind+軟件程序被集成在同一個系統(tǒng)平臺內(nèi),穩(wěn)定性更強,管理效率更高。

        3.可利用Mind+的天氣功能實時查詢天氣情況,給生活帶來便利,同時添加了氛圍燈功能,可以提高人們居住的舒適度。

        4.具有開放性,在此系統(tǒng)內(nèi)可以拓展更多控制功能,冰箱、音響、空調(diào)等均可進入本系統(tǒng),實現(xiàn)智能控制。

        5.為未來更完備的智能家居系統(tǒng)提供了可供借鑒的雛形。

        專家點評

        王米樂同學的“基于語音控制的智能家居交互系統(tǒng)”項目是一項基于項目式學習的科創(chuàng)實踐作品。作為一名初中生,要真正驗證、完成這樣一個社會熱點項目非常難,但在老師或家長的帶領下,相信通過這個項目的學習與實踐,王米樂同學在信息技術應用等方面的技能會有一定程度的提高。

        如果從發(fā)明創(chuàng)造方面來探討,通過在互聯(lián)網(wǎng)上搜索可知,約從2001年開始,就有相關的多項專利、研究生畢業(yè)論文等對這類項目做了較為深入的研究。因此,教師指導中小學生進行科技創(chuàng)新,想要獲得創(chuàng)新精神培養(yǎng)的實效,一定要從發(fā)明項目的選題開始,注重新穎性和可行性。不要盲目追求“高、大、上”,為了凸顯作品的“技術含量”而忽視學生的認知水平和身心發(fā)展的基本規(guī)律,忘了“教育含量”這個根本。

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