題目 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 作者姓名 王旭東 指導(dǎo)教師 蔡傳波 二級(jí)學(xué)院 電氣信息工程學(xué)院 專 業(yè) 電子信息工程 學(xué) 號(hào) 7013 年 5 月 15 日西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制 與安防系統(tǒng) I 語音識(shí)別無線智能家居控制 與 安防系統(tǒng) 摘 要 目前，智能家居類產(chǎn)品在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中當(dāng)屬熱門，但市面上鮮有標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)、接口與組網(wǎng)模式無規(guī)范，通用性及擴(kuò)展性較差。 在科技 不斷進(jìn)步的當(dāng)今社會(huì)，如何降低信息化生活門檻、提高人們的生活品質(zhì)，打造安全、便捷、易用的家居智能管理系統(tǒng)已成為眾多高校及商業(yè)公司的課題之一。 本文介紹的是一套 具備與家庭配電箱、 開關(guān) 暗盒相同 工業(yè)與電氣 標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并具有統(tǒng)一通信協(xié)議與接口標(biāo)準(zhǔn) 的無線組網(wǎng)方式 ， 并 將 音 識(shí)別算法 與 入式系統(tǒng) 集成設(shè)計(jì)，完成語音識(shí)別、交互式智能家電控制 、安防管理 功能 的新概念 智能家居管理系統(tǒng)。 首先，本文 分析了市面上現(xiàn)有的智能家居、家庭安防類產(chǎn)品的功能與優(yōu)缺點(diǎn)。并權(quán)衡多種控制方式與組網(wǎng)模式，提出了 以 音 處理器與 片構(gòu)成主機(jī)的控制核心 ， 0 系列單片機(jī)系統(tǒng)為節(jié)點(diǎn)控制器件、 頻收發(fā)器為組網(wǎng)基礎(chǔ)，共同組成具備語音識(shí)別控制功能的無線智能家居控制系統(tǒng)。整套系統(tǒng) 采用集中 管理、分布式控制的方式對(duì) 家居 電器 進(jìn)行 智能化控制 ，涵蓋家電的開關(guān)控制，家電的信息控制，以及家庭安防監(jiān)控等 。 其 次，本文 按照系統(tǒng)的組成部分詳細(xì) 介紹了 各單元硬件的設(shè)計(jì)理論與設(shè)計(jì)思路，以及具體的硬件原理圖及參數(shù)指標(biāo) ， 同時(shí)簡(jiǎn)介了 各獨(dú)立單元組網(wǎng)形成一套完整 控制系統(tǒng) 的工作原理與實(shí)現(xiàn)功能 。 再次，本文 闡述了整體系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)流程及與 之配套通信協(xié)議的 設(shè)計(jì) 制定。將整套智能家居系統(tǒng) 的控制模式與組網(wǎng)方式、通信協(xié)議內(nèi)容得以體現(xiàn)。 最后，本文針對(duì) 各項(xiàng)功能 進(jìn)行了測(cè)試， 驗(yàn)證了 控制程序的邏輯性、 通信協(xié)議的正確性之外，還進(jìn)行了硬件的穩(wěn)定性測(cè)試。 結(jié)果顯示，主機(jī)能 較好的進(jìn)行語音識(shí)別交互操作，并通過無線組網(wǎng)進(jìn)行電器控制或安防監(jiān)控，整套系統(tǒng)模型達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 本文在 智能家居系統(tǒng) 設(shè)計(jì)中 提出了從工業(yè)設(shè)計(jì)、硬件電路接口到軟件通信協(xié)議的全標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì) 理念， 提出了新穎的語音識(shí)別與無線組網(wǎng)相結(jié)合的智能家居控制方式。 為 智能家西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)，開啟了新的思路。 關(guān)鍵 詞 ： 標(biāo)準(zhǔn)化 ； 語 音識(shí)別 ； 智能家居 ； 無線組網(wǎng) ； 通信協(xié)議 ； 電器控制 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) t in is in s to of of to of s to a of of a of SR of in a of to 0 F a of of as as in of in as as of of to a of of be 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) of to of of In of to A of of is a 安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) V 目 錄 1 緒 論 . 1 能家居系統(tǒng)的概述 . 1 能家居系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展 . 2 2 系統(tǒng)方案 . 4 體結(jié)構(gòu)與組網(wǎng) . 4 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì) . 5 3 功能與參數(shù) . 6 能家居功能概述 . 6 音識(shí)別算法處理器 . 6 中無線串口總線 . 6 線家用電器電源控制與 外遙控信息控制 . 7 庭電氣電源控制 . 8 防管理與 程短信報(bào)警功能 . 8 能器件參數(shù)及原理圖 . 8 外反射傳感器單元 . 8 釋電傳感器單元 . 9 燃?xì)怏w與火焰探測(cè)單元 . 9 音輸入與輸出單元 . 10 氣控制單元 . 11 于自編通信協(xié)議的可擴(kuò)展性 . 11 系統(tǒng)的可擴(kuò)展性 . 11 系統(tǒng)外掛設(shè)備的可擴(kuò)展性 . 11 4 硬件結(jié)構(gòu) . 13 件結(jié)構(gòu)概述 . 13 點(diǎn)單片機(jī)子系統(tǒng) . 13 線發(fā)射與接收單元設(shè)計(jì) . 14 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 序下載器及中斷測(cè)試器設(shè)計(jì) . 15 體系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì) . 15 議層增加控制可靠性 . 15 氣控制全隔離設(shè)計(jì) . 15 信實(shí)時(shí)監(jiān)控 . 16 5 軟件系統(tǒng) . 17 件狀態(tài)設(shè)計(jì) . 17 機(jī)的軟件狀態(tài)設(shè)計(jì) . 17 居設(shè)備 節(jié)點(diǎn)的軟件狀態(tài)設(shè)計(jì) . 18 件流程 . 19 能家居主機(jī)軟件流程 . 19 能家居節(jié)點(diǎn)軟件流程 . 21 現(xiàn)原理 . 23 試設(shè)備 . 24 能家居系統(tǒng)硬件開發(fā)環(huán)境 . 24 能家居系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境 . 24 試方案與結(jié)果分析 . 26 6 功能特色 . 28 結(jié) 論 . 29 參考文獻(xiàn) . 30 致 謝 . 31西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制 與安防系統(tǒng) 1 1 緒 論 能家居系統(tǒng)的概述 迄今為止，智能家居 并沒有普遍認(rèn)可 的統(tǒng)一的 定義。通常智能家居系統(tǒng)利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)將與家居生活有關(guān)的各種各樣的子系統(tǒng)，通過特定的網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地結(jié)合在 一起，通過科學(xué)管理， 讓家居生活更加舒適 、有效、安全和節(jié)能。與傳統(tǒng)的家居相比，智能家居不僅僅具有傳統(tǒng)的居住和使用功能，還提供了舒適安全、高品位的宜人的家庭生活空間，并且提供全方位的信息交換功能，確保家庭內(nèi)部與外界之間保持良好的交流與溝通，增強(qiáng)家居生活的安全性，節(jié)約能耗，幫助人們有效安排時(shí)間，優(yōu)化人們的生活和工作方式。 智能家居網(wǎng)絡(luò)通常能夠分為家庭數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和家庭控制網(wǎng)絡(luò)兩種：家庭數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，提供高速率 的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，如家用計(jì)算機(jī)和數(shù)字電視、視頻和音頻播放器、資源共享及高速上網(wǎng)等；家庭控制網(wǎng)絡(luò)，提供便捷的和低速率的控制和互連網(wǎng)絡(luò)，用于燈光照明控制、家居安防、家居環(huán)境監(jiān)測(cè)以及家庭應(yīng)急求助等功能。 智能家庭控制網(wǎng)絡(luò)是智能住宅系統(tǒng)的重要組成部分，家庭控制網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)和遠(yuǎn)程管理是該系統(tǒng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。與家居數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用目的不一樣，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中 的音頻 、視頻等大數(shù)據(jù)傳輸需要高速的數(shù)據(jù)通信接口，而家居控制系統(tǒng)需要的是經(jīng)濟(jì)、低功耗的控制網(wǎng)絡(luò)，該控制網(wǎng)絡(luò)的主要功能在于設(shè)備的連接與控制，基本上無需高速的通信方式來支撐。 在 智能家居網(wǎng)絡(luò)中，我們要考慮到以下幾個(gè)特點(diǎn)： （ 1）低成本：大量的家電和傳感器終端節(jié)點(diǎn)是家庭控制網(wǎng)絡(luò)中控制的主要對(duì)象，這種較大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)需要一個(gè)低成本的節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)技術(shù)。 （ 2）跨平臺(tái) ： 智能家居系統(tǒng)的使用環(huán)境是一個(gè)家居環(huán)境，整個(gè)系統(tǒng)中有著 錯(cuò)綜復(fù)雜的平臺(tái)，不能強(qiáng)制要求用戶能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜的配置和管理，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下各種資源的自組織和協(xié)同工作顯得非常重要。 （ 3）可擴(kuò)展性：能夠在系統(tǒng)主框架不做改動(dòng)的情況下進(jìn)行維護(hù)和擴(kuò)展，加入新的家居設(shè)備。 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 2 （ 4）可操作性：智能家居系統(tǒng)的操作一般都比較繁瑣，怎么才能使之簡(jiǎn)單、實(shí)用是個(gè)重點(diǎn) ，集中控制功能解決了這一難題。 傳統(tǒng)的家居智能控制系統(tǒng)一般 都 采用有線方式來組建，如同軸電纜、 線等。 無線技術(shù)的發(fā)展也開始 成規(guī)模的 滲透智能家居系統(tǒng)，并有取代傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)的趨勢(shì)。傳統(tǒng) 無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)復(fù)雜、成本高，不易控制 、安全性差 的缺點(diǎn)也限制了無線技術(shù)的普及與大規(guī)模應(yīng)用。 本文研究設(shè)計(jì)的智能家居控制系統(tǒng)是以 最容易操作的 語音為控制方式，以低成本高效的空中串口搭建無線網(wǎng)絡(luò)，完成家電控制、信息控制、安防管理 、 信報(bào)警 等功能 。從而 組建了一套 合理，高性能，智能化的家居系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。 能家居系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展 智 能 家居 的概念起源較早，但是一直沒有具體的實(shí)現(xiàn)案例。世界上第一棟智能建筑1984 年在美國(guó)出現(xiàn)，美國(guó)聯(lián)合科技公司在美國(guó)康乃迪克州哈特佛市的一座舊式大樓的改造中將智能建筑的概念應(yīng)用于大樓的供電、安保、照明等設(shè)備，使用計(jì)算機(jī)對(duì)大夏進(jìn)行監(jiān)控和控制，并提供了先進(jìn)的語音、數(shù)據(jù)通信和資訊等方面的信息服務(wù)，該棟智能型建筑的誕生，揭開了智能家居發(fā)展的序幕。此后，一些經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家先后提出了各種各樣的智能家居解決方案。智能家居系統(tǒng)在法國(guó)、加拿大、日本等國(guó)都有廣泛應(yīng)用。 1998 年 5 月 ，在新加坡舉辦的“家庭電器與電子消費(fèi) 品國(guó)際展覽會(huì)”上， “未來之家”進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)演示，該系統(tǒng)是一套完善的家庭智能化系統(tǒng)。它的系統(tǒng)功能主要包括三表遠(yuǎn)程抄送功能、安保報(bào)警功能、家電控制功能、高速數(shù)據(jù)傳輸功能、家庭智能控制面板等。在展會(huì)上參與演示的家庭智能化系統(tǒng)距離真正的市場(chǎng)應(yīng)用還尚需時(shí)日，但是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使得人們更加堅(jiān)定了追求高品質(zhì)生活方式的信心，智能家居作為高品質(zhì)信息生活的代表得到越來越多的矚目。 智能家居網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展始于 20 世紀(jì) 90 年代末，到 2000 年左右智能家居概念開始得到大范圍的宣傳，使我國(guó)的普通居民開始了解并接受了智能家居的概念。 如今各小區(qū)的開發(fā)商在住宅小區(qū)的住宅的設(shè)計(jì)階段也已經(jīng)較多地考慮了智能化基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，少 數(shù)高檔的住宅小區(qū)已經(jīng)配套了相當(dāng)完善的智能家庭網(wǎng)絡(luò)，很多開發(fā)商已經(jīng)將住宅“智能化”作為一個(gè)“亮點(diǎn)”在房地產(chǎn)銷售的廣告中大量宣傳。 借機(jī)三網(wǎng)融合、物聯(lián)網(wǎng)，智能家居將飛速發(fā)展 ， 2010 年物聯(lián)網(wǎng)為全球矚目，其相關(guān)西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 3 技術(shù)在世界各地以迅雷不及掩耳的速度 蓬勃發(fā)展起來，并被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。 2010 年國(guó)家明確提出大力發(fā)展“三網(wǎng)融合”以及“物聯(lián)網(wǎng)”產(chǎn)業(yè)，并開始全面實(shí)施“三網(wǎng)合一”城市試點(diǎn)方案，同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)試點(diǎn)城 市也已開始全面部署，信息化產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為中國(guó)未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最重要產(chǎn)業(yè)。而智能家居作為家庭信息化得實(shí)現(xiàn)方式已成為社會(huì) 信息化發(fā)展的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)因其巨大的應(yīng)用前景，將是智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中一個(gè)比較現(xiàn)實(shí)的突破口，對(duì)智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大意義。智能家居在未來一年，將借著網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)迅猛發(fā)展之時(shí)，也將度過一個(gè)快速發(fā)展的階段。 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 4 2 系統(tǒng)方案 體 結(jié)構(gòu) 與組網(wǎng) 本系統(tǒng)以博創(chuàng)科技 心板為主控 部分 ，結(jié)合 音識(shí)別算法處理器、 塊、 示屏、 線串口通信芯片構(gòu)成智能家居控制網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)。由 2 及 10 系列單片機(jī)、 線串口通信芯片、傳感器節(jié)點(diǎn)與終端配電箱構(gòu)成整套具備語音識(shí)別無線家電控制、無線安防監(jiān)控報(bào)警與 信發(fā)送功能的智能家居系統(tǒng)。 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，其可以設(shè)計(jì)為各種邏輯功能，設(shè)計(jì)靈活。也可嵌入各種為處理器，如： 8051， 等構(gòu)架的 其優(yōu)點(diǎn)是：并行處理，因此速度快，適合與高速場(chǎng)合，例如圖像，視頻數(shù)據(jù)采集與處理。 在此系統(tǒng)中我們使用 核作為整個(gè)系統(tǒng)的 編寫處理器外部接口，可以做數(shù)據(jù)的緩存，數(shù)據(jù)的交換，以方便任意模塊與 連接。在智能家居電氣控制、安防控制中，可以充分發(fā)揮 行的優(yōu)勢(shì)，如果多個(gè) 時(shí)運(yùn)行，數(shù)據(jù)的吞度量可以大大提高。 圖 2系統(tǒng)整體框架與邏輯關(guān)系 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 5 圖 2硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成框架 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì) 一套具備與家庭配電箱、開關(guān)暗盒相同工業(yè)與電氣標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并具有統(tǒng)一通信協(xié)議與接口標(biāo)準(zhǔn)的無線組網(wǎng)方式，并將 音識(shí)別算法與 入式系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)，完成語音識(shí)別、交互式智能家電控制、安防管理 功能的新概念智能家居管理系統(tǒng)，讓“科技以人為本”這一信息化時(shí)代的核心價(jià)值得以體現(xiàn)。 值得一提的是，由于采用了自編通用通信協(xié)議，主機(jī) 最可 掛載 多 個(gè)節(jié)點(diǎn)子系統(tǒng)，而每路節(jié)點(diǎn)可以連接 多 個(gè)不同類型傳感器、電源控制箱或信息控制端（如顯示器件、藍(lán)牙控制器件、紅外 制器件 等 。 升級(jí)與拓展空間大。 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 6 3 功能與參數(shù) 能家居功能概述 音識(shí)別 算法處理器 一顆基于非特定人語音識(shí)別 (術(shù)的語音識(shí)別 /聲控芯片。芯片上集成了高精度的 A/D 和 D/A 接口 ,無需要外接輔助的 可以實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別 /聲控 /人機(jī)對(duì)話功能。并且識(shí)別的關(guān)鍵詞語列表是可以動(dòng)態(tài)編輯的。將該處理器應(yīng)用于 控的智能家居系統(tǒng)，可提供語音控制家用電器的功能。 圖 3構(gòu)圖 中無線串口總線 一款基于 433制的 編程收發(fā)器，其芯片內(nèi)部集成了調(diào)制解調(diào)器與射頻控制器，應(yīng)用高速 成有線信號(hào)到無線轉(zhuǎn)發(fā) 的過程。 單片機(jī)通過 4 條 線與單片機(jī)通信。通過自編協(xié)議方式，將單片機(jī)之間的通信以無線方西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 7 式進(jìn)行。從而達(dá)到家用電器無線開關(guān)，紅外遠(yuǎn)程遙控，安防報(bào)警等功能。 圖 3構(gòu)圖 線家用電器電源 控制 與 外遙控 信息控制 紅外接口英文簡(jiǎn)稱為 外線數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)）的英文縮寫， 外接口是一種紅外線無線傳輸協(xié)議以及基于該協(xié)議的無線傳輸接口。家用電器當(dāng)中的電視機(jī)、空調(diào)等均采用標(biāo)準(zhǔn) 紅外遙控器來操 作。在本套系統(tǒng)中，應(yīng)用語音控制、射頻無線傳輸來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程紅外遙控家電。 單片機(jī)通過產(chǎn)生 38制信號(hào)模仿完成遙控器信號(hào)發(fā)射功能。 圖 3紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕灸Ｐ?西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 8 庭電氣電源控制 系統(tǒng)通過單片機(jī)節(jié)點(diǎn) 將接收到的無線數(shù)據(jù)解析，控制由繼電器組成的電氣配電箱，完成家電的電源開關(guān)控制。 防管理 與 程短信報(bào)警 功能 安防通過掛載在無線網(wǎng)絡(luò)下單片機(jī)節(jié)點(diǎn)的傳感器信號(hào)來做出安防報(bào)警或遠(yuǎn)程短信報(bào)警的功能。 對(duì)短信息的控制共有 3 種模式： 式、基于 令的 式、基于 令的文本模式。 在本系統(tǒng)中， 接收到由節(jié)點(diǎn)發(fā)來的報(bào)警信息后，通過 T 指令控制 塊發(fā)出報(bào)警短信。 端模塊發(fā)送短信息的流程圖，如圖 3示。 圖 3端模塊發(fā)送短信息的流程圖 能器件參數(shù)及原理圖 外反射傳感器單元 單元模塊由兩組紅外反射傳感、集成運(yùn)算放大器 2輸入端四或門集成電路 7432組成。其中運(yùn)算放大器 環(huán)連接，紅外接收三級(jí)管與限流電阻中點(diǎn)取電壓樣至運(yùn)放反向輸入端；電位器連接運(yùn)放同向輸入端構(gòu)成電壓比較器電路 。門窗鎖閉時(shí)紅外接收三極管接收到紅外發(fā)射管光波，接收管導(dǎo)通。電壓比較器輸出高電平。當(dāng)門窗打開時(shí)接收管無法接收到紅外光波截至，電壓比較器輸出低電平。另一路紅外反射傳感器及或門電路 7432作為誤觸發(fā)消除功能。 10K 電位器為靈敏度調(diào)節(jié)功能，使有效距離在 一定區(qū) 間 內(nèi)連續(xù)可調(diào) 。 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 9 圖 3紅外反射傳感器單元 釋電傳感器單元 熱釋電傳感器單元主要由 釋電傳感器及其信號(hào)處理集成電路 成。 運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成 數(shù)?；旌想娐贰後岆妭鞲衅?人體發(fā)射的熱紅外波產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)，在 成電路的雙運(yùn)放放大及雙向鑒幅處理后，由 2 腳輸出高電平導(dǎo)通三極管，信號(hào)引腳 向單片機(jī)輸出低電平信號(hào)觸發(fā)。 如下圖 3示。 圖 3熱釋電傳感器電路圖 燃?xì)怏w與火焰探測(cè) 單元 氣敏傳感器種類繁多，性能各異。這里選用普敏型氣體傳感器 煙霧、易燃?xì)怏w有較高的靈敏度。 火焰探測(cè)選用對(duì)火焰光 940長(zhǎng)敏感的紅外接收二極管作為傳感器 ，在氣敏傳感器探測(cè)到危險(xiǎn)氣體、 紅外二極管探測(cè)到火焰時(shí)，電壓比較器 輸出低電平西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 10 給單片機(jī)。 例運(yùn)算放大器構(gòu)成可燃?xì)怏w濃度顯示控制電路。 圖 3可燃?xì)怏w濃度顯示控制電路 圖 音輸入與輸出單元 如圖 3語音輸入與輸出單元。 圖 3語音輸入與輸出單元 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 11 氣控制單元 電氣控制單元，如圖 3示。 圖 3電氣控制單元 于 自編通信 協(xié)議的可擴(kuò)展性 系統(tǒng)的可擴(kuò)展性 子系統(tǒng)由獨(dú)立的單片機(jī)最小系統(tǒng)、 中無線串口 驅(qū)動(dòng)芯片以及基于 中無線串口 總線 標(biāo)準(zhǔn)的自編協(xié)議方式構(gòu)成、且身份平等的并聯(lián)于 中無線串口 通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行 全 雙工串行通信，子系統(tǒng)外掛設(shè)備以統(tǒng)一外部接口的形式與功能外掛設(shè)備模塊連接。每一個(gè)存在于 中無線串口 通信網(wǎng)絡(luò)的子系統(tǒng)，均由主機(jī)管理控制、分配地址，主機(jī)以循環(huán)問詢制的形式與每一個(gè)子系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)通信，從而達(dá)到子系統(tǒng)方便擴(kuò)展、即插即用的特點(diǎn)。 系統(tǒng)外掛設(shè)備的可擴(kuò)展性 本系統(tǒng)不僅子系統(tǒng)層面具備良好的擴(kuò)展性，允許添置、刪減子系統(tǒng)設(shè)備外，同樣在子系統(tǒng)外掛設(shè)備方面具有良好的可擴(kuò)展性。子系統(tǒng)的信息傳遞、中轉(zhuǎn)功能，除完成上 文描述西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 12 的報(bào)警、燈光控制功能外，其他家電類產(chǎn)品可用同樣類似的方式進(jìn)行控制，主機(jī)傳遞給單片機(jī)的數(shù)據(jù)除燈光的開關(guān)信號(hào)外，也可以是控制電飯鍋的啟動(dòng)信號(hào)，也可以是遙控電視機(jī)的紅外調(diào)制信號(hào)。此外，通過 中無線串口 總線，系統(tǒng)提供添置遠(yuǎn)程管理單元的升級(jí)空間，為智能家居整體系統(tǒng)遠(yuǎn)程操縱化奠定基礎(chǔ)。 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 13 4 硬件結(jié)構(gòu) 件結(jié)構(gòu)概述 整套智能家居系統(tǒng)的核心，其通過 中無線串口 總線網(wǎng)絡(luò)與下屬單片機(jī)子系統(tǒng)通信。單片機(jī)子系統(tǒng)以反饋的方式回應(yīng)主機(jī)的循環(huán)問詢，達(dá)到上報(bào)傳感器信息 ，執(zhí)行控制命令的功能。單片機(jī)子系統(tǒng)與單片機(jī)子系統(tǒng)間 也可 直接通信，由主機(jī)完成信息的收集與控制功能。 圖 4硬件結(jié)構(gòu) 點(diǎn)單片機(jī)子系統(tǒng) 單片機(jī)子系統(tǒng)由 兩部分組成：一是由 2 系列單片機(jī)構(gòu)成最小系統(tǒng)，通過 單片機(jī) 口的 號(hào)接入空中串口 總線網(wǎng)絡(luò)。單片機(jī)子系統(tǒng)自身并不集成功能設(shè)備，但預(yù)置多組統(tǒng)一形式的接口，不斷擴(kuò)展功能型外掛設(shè)備。 如下圖 4 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 14 圖 4單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 線發(fā)射與接收單元設(shè)計(jì) 無線發(fā)射與接收單元設(shè)計(jì)，如圖 4示 。 圖 4無線發(fā)射與接收單元設(shè)計(jì) 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 15 序下載器及中斷測(cè)試器設(shè)計(jì) 程序下載器及中斷測(cè)試器，如圖 4示： 圖 4程序下載器及中斷測(cè)試器 體系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì) 智能家居管理系統(tǒng)作為一套常時(shí)在線運(yùn)行的系統(tǒng)，因其控制管理設(shè)備多、安全防護(hù)功能重要，故必須保障整體的長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性與安全性。本系統(tǒng)從以下三點(diǎn)設(shè)計(jì)加強(qiáng)： 議層增加控制可靠性 通信協(xié)議中對(duì)數(shù)據(jù)傳輸正確性、及時(shí)性做出優(yōu)化，優(yōu)先保障安防系統(tǒng)通信效率，確保安防有效。同時(shí)提高家電控制信息的準(zhǔn)確性，防止因數(shù)據(jù)錯(cuò)誤導(dǎo)致的家 電控制誤操作。 氣控制全隔離設(shè)計(jì) 因家居電氣控制以 220V 為主，對(duì)于單片機(jī)控制系統(tǒng)，干擾與沖擊較大。本套系統(tǒng)的電氣控制部分采取光耦、繼電器結(jié)合的方式達(dá)到電氣全隔離控制的目的，有效避免沖擊與西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 16 干擾。 信實(shí)時(shí)監(jiān)控 為防止因通信失效造成影響，本套系統(tǒng)從主機(jī)到單片機(jī)節(jié)點(diǎn)均在 設(shè)置監(jiān)控。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)頻道干擾、信道占用等情況，能夠自主切換并提示，在遇到嚴(yán)重通信故障的時(shí)候，能夠通知主人排查故障。 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 17 5 軟件系統(tǒng) 件 狀 態(tài) 設(shè)計(jì) 機(jī) 的 軟件 狀態(tài) 設(shè)計(jì) 主控制計(jì)算機(jī)的軟件運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)該分為兩種：一是平時(shí)的查詢狀態(tài)，用來查詢各個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài) 。二是主機(jī)自身或者被反饋的控制狀態(tài)，用來控制各節(jié)點(diǎn)的工況信息。如下圖 5示，這兩種運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)系是相互依存的。 圖 5主機(jī)與節(jié)點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系 軟件的查詢控制狀態(tài)，是由系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的主要功能決定的 。 在系統(tǒng)的 控制 狀態(tài) 中 ，控 進(jìn)行各種家電 控制 、 響應(yīng) 報(bào)警 、發(fā)送短信 等操作，例如啟動(dòng)燈光、 控制空調(diào) 、處理 煤氣泄漏報(bào)警等 ，待 主機(jī) 輸入相應(yīng)代碼以后 ，向系統(tǒng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送 控制 指令 ，主 機(jī)響應(yīng)并通過通信線路，傳輸給 家居設(shè)備 節(jié)點(diǎn)。 家居設(shè)備 節(jié)點(diǎn)響應(yīng)并接受主機(jī)發(fā)來的指令，執(zhí)行命令并向主機(jī)發(fā)送反饋信息，來說明一切運(yùn)行良好，無異常。這樣就完成了主節(jié)點(diǎn) 所有狀態(tài)的設(shè)計(jì)。其具體的軟件 示意 圖 5下所示： 圖 5主節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)各狀態(tài)軟件流程圖 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 18 居設(shè)備 節(jié)點(diǎn)的軟件 狀態(tài) 設(shè)計(jì) 對(duì)于 家居設(shè)備 節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)， 可大致分為兩個(gè)狀態(tài)：一是平時(shí)的 被查詢 狀態(tài)，主要接受 主節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)發(fā)送來的 查詢 指令 和 發(fā)送 當(dāng)前 節(jié)點(diǎn) 的工作狀態(tài) 。 另一個(gè)是 響應(yīng)狀態(tài)，主要是響應(yīng)主機(jī)給其發(fā)送的指令，并 響應(yīng) 各模塊 工作狀態(tài)。 如 響應(yīng) 煤氣氣體。 兩個(gè)狀態(tài)的大致關(guān)系如圖 5示： 圖 5響應(yīng)狀態(tài)與收發(fā)狀態(tài)關(guān)系 平時(shí)， 家居設(shè)備 節(jié)點(diǎn) 大多數(shù)時(shí)間 都在接收主節(jié)點(diǎn)發(fā)來的查詢指令， 也就是說大多數(shù)時(shí)間處于被掃描狀態(tài)。 只有當(dāng) 家居設(shè)備 節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障或者得到報(bào)警信息時(shí)，才 反饋 指令給主機(jī)。例如：家庭煤氣泄漏。煤氣泄漏時(shí)， 高濃度煙霧傳感器先感應(yīng)到煤氣，然后， 片機(jī) 節(jié)點(diǎn) 收到 傳感器的變化情況，作相應(yīng)的變化。最后，一直處在被掃描狀態(tài)的 節(jié)點(diǎn) 反饋信息給主機(jī)。然后，主機(jī)得到報(bào)警信號(hào)并做出 相應(yīng)措施。其檢測(cè)煤氣的軟件 示意 圖如 圖5示 ： 圖 5檢測(cè)煤氣泄漏示意圖 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 19 件流程 能家居主機(jī)軟件流程 家庭主機(jī)是家庭控制網(wǎng)絡(luò)的主控設(shè)備，其作用主要有兩個(gè)方面：一方面是它主導(dǎo)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)建立的整個(gè)過程，主要完成包括系統(tǒng)的初始化、網(wǎng)絡(luò)的建立、地址的分配和成員的加入、節(jié)點(diǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)的更新、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表、設(shè)備關(guān)聯(lián)表等幾個(gè)方面；另一方面作為整個(gè)智能家居系統(tǒng)的高層控制端，是整個(gè)智能家居系統(tǒng)的大腦。其啟動(dòng)畫面如圖 5示 ： 圖 5啟動(dòng)畫面 顯示 圖 5等待系統(tǒng)啟動(dòng)完畢后立即跳轉(zhuǎn)到 圖 5面 ： 圖 5進(jìn)入家電控制狀態(tài)時(shí)，切換至如圖 5面： 圖 5安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 20 分節(jié)點(diǎn)接收到主機(jī)的命令時(shí)主機(jī)查詢到分節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)會(huì)以不同的界面給予用戶提示， 如圖5 5 5示 ， 圖 5家庭主機(jī)工作的 程圖 圖 5電視機(jī)模式 圖 5空調(diào)模式 圖 5門禁模式 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 21 圖 5家庭 主機(jī) 工作的 程圖 能家居 節(jié)點(diǎn) 軟件流程 本智能家居系統(tǒng)的 節(jié)點(diǎn) 采用的是 51 單片機(jī)的最小模塊，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能齊全等特點(diǎn)，它是連接主節(jié)點(diǎn) 和 家庭報(bào)警設(shè)備 或者主節(jié)點(diǎn)和家庭控制設(shè)備的紐帶。因此， 節(jié)點(diǎn) 的軟 件設(shè)計(jì)至關(guān)重要（ 已經(jīng)介紹過其軟件的設(shè)計(jì)方案）。 智能家居系統(tǒng)在家庭環(huán)境中 以 51 單片機(jī)為家居設(shè)備 節(jié)點(diǎn) ， 以 中無線串口 通信方式組織成網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境一定范圍內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)、收發(fā)信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 智能家居控制網(wǎng)絡(luò)的 節(jié)點(diǎn) 按照功能進(jìn)行分類可以分為網(wǎng)絡(luò)通信功能和設(shè)備功能兩大部分。本系統(tǒng)中的家居設(shè)備 節(jié)點(diǎn) 采用 51 單片機(jī) 的 最小模塊，而家庭主節(jié)點(diǎn)采用 基于 片的開發(fā)箱設(shè)備，因此，家居設(shè)備 節(jié)點(diǎn) 的網(wǎng)絡(luò)通信功能部分相對(duì)于 家庭主機(jī) 來說比較簡(jiǎn)單， 在家庭控制網(wǎng)絡(luò)中，為了保 證家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)響應(yīng)，必須要建立其應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)通信功能之間的接口，在網(wǎng)絡(luò)通信功能與設(shè)備功能之間建立連接。連西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 22 接的建立過程也就是設(shè)備根據(jù)相關(guān)的通信協(xié)議進(jìn)行通信的過程。按照通信協(xié)議，不同的數(shù)據(jù)位和數(shù)據(jù)值代表不同的請(qǐng)求與參數(shù)，家居設(shè)備 節(jié)點(diǎn) 和家居設(shè)備之間根據(jù)通信協(xié)議規(guī)定的請(qǐng)求與參數(shù)調(diào)用相應(yīng)的操作子程序控制傳感器和執(zhí)行器完成代碼要求的操作。 圖 5家居設(shè)備 節(jié)點(diǎn) 的工作流程圖。 圖 5家居設(shè)備 節(jié)點(diǎn) 工作流程圖 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 語音識(shí)別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 23 現(xiàn)原理 主節(jié)點(diǎn)與 節(jié)點(diǎn) 通信協(xié)議 為： 為了使各個(gè)設(shè)備之間能夠 識(shí)別發(fā)送自己的數(shù)據(jù)所代表的信息含義 ，家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)和 家庭主機(jī) 之間必須制定統(tǒng)一的通信協(xié)議。 家庭主機(jī) 對(duì)家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)的操作主要有兩種，一種是查看設(shè)備節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，另一個(gè)鐘就是對(duì)設(shè)備節(jié)點(diǎn)進(jìn)行功能性的操作。 所以，需要在 家庭主機(jī) 和家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)之間定義一個(gè)比較完整通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。 家庭主機(jī) 是通過建立起來的 無線 通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)或者命令給家居設(shè)備家電，使其實(shí)現(xiàn)一些功能，指定的家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)收到正確的數(shù)據(jù)并完成指定操作之后會(huì)自動(dòng)返回一個(gè)應(yīng)答告知命令執(zhí)行結(jié)果，也就是所說的反饋。 下 表 5本系統(tǒng)定義出來的通信幀結(jié)構(gòu)。 表 5主節(jié)點(diǎn)與 節(jié)點(diǎn) 的通訊幀格式 字節(jié) 1 字節(jié) 2 字節(jié) 3 字節(jié) 4 字節(jié) 5 字節(jié) 6 字節(jié) 7 字節(jié) 8 幀類型 主機(jī)收發(fā)端 設(shè)備 備類型 命令 數(shù)據(jù)（ 1） 數(shù)據(jù)（ 2） 校驗(yàn)位 幀類型：該字節(jié)高 6 位為保留位，低 2 位二進(jìn)制數(shù) 00、 01、 10、 11 分別代表數(shù)據(jù)請(qǐng)求幀、數(shù)據(jù)應(yīng)答幀、命令請(qǐng)求幀、命令應(yīng)答幀。 主機(jī)收發(fā)端：由于主機(jī)采用 中無線串口 總線方式，因此是 全 雙工方式的通信 。 發(fā)送端用