緒論課題背景及意義隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們物質(zhì)生活水平在科技技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)之上得到了飛速地提升，通信技術(shù)以及電子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，為物質(zhì)生活要求的提高創(chuàng)造了豐富的條件，智能化，方便快捷化的家居環(huán)境，使得智能家居的相關(guān)研究得到了人們的廣泛重視[1]。智能化家居系統(tǒng)的研究主要是將人們居住環(huán)境作為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用平臺(tái)，通過(guò)利用計(jì)算機(jī)通信、自動(dòng)控制等技術(shù)將家庭內(nèi)部中的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一結(jié)合，能夠建立起操作安全、使用便捷的智能化控制和信息管理系統(tǒng)，智能化的家居體驗(yàn)為人們的生活帶來(lái)了便捷，信息技術(shù)發(fā)展也為智能化產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供了重要的技術(shù)保證[2]?，F(xiàn)如今通過(guò)語(yǔ)音進(jìn)行家居系統(tǒng)的智能化操作日益興起，利用語(yǔ)言進(jìn)行與機(jī)器設(shè)備之間的交流，能夠保證通過(guò)語(yǔ)音就可以控制機(jī)器設(shè)備的操作，相信在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，用語(yǔ)音技術(shù)來(lái)進(jìn)行智能家居的控制是智能家具研究的主要方向之一，由于家居環(huán)境以及語(yǔ)音信號(hào)在實(shí)際控制過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)的要求較多，設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，所以必須要求對(duì)語(yǔ)音識(shí)別的準(zhǔn)確程度[3]。語(yǔ)音控制技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，結(jié)合了計(jì)算機(jī)通信、信號(hào)處理、人工智能等多個(gè)方面的技術(shù)為一體，可以充分為人們?cè)趯?shí)際應(yīng)用過(guò)程中減少手動(dòng)控制的過(guò)程，利用簡(jiǎn)單的話語(yǔ)來(lái)進(jìn)行操作控制，這一控制技術(shù)正在漸漸改變?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?。從未?lái)的發(fā)展角度上來(lái)看，語(yǔ)音控制智能家居整體應(yīng)用前景廣泛，能夠根據(jù)用戶(hù)需求進(jìn)行家庭中控制系統(tǒng)的操作。語(yǔ)音控制技術(shù)，在未來(lái)可以被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、家庭醫(yī)療、電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中去，可以說(shuō)成為未來(lái)電子設(shè)備控制系統(tǒng)研究的主要應(yīng)用方向。本課題設(shè)計(jì)主要是利用語(yǔ)音控制技術(shù)進(jìn)行智能家居系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，能夠通過(guò)語(yǔ)音控制家居中設(shè)備的自動(dòng)工作，使得智能家居系統(tǒng)在工作過(guò)程中能夠智能化人性化的進(jìn)行操作[4]。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在智能化家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用語(yǔ)音進(jìn)行的設(shè)備的控制操作屬于智能家居的主要研究方向，語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的構(gòu)建主要是利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，有關(guān)智能家居的研究工作在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，研發(fā)開(kāi)始時(shí)間較早，整體應(yīng)用技術(shù)較為成熟，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的智能家居產(chǎn)品種類(lèi)較多，在同一網(wǎng)絡(luò)的連接下，相關(guān)的家居產(chǎn)品已經(jīng)成功應(yīng)用于智能家居網(wǎng)絡(luò)之中，利用總線協(xié)議也能夠解決設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，智能家居產(chǎn)品主要包括智能化的家電、燈光照明、智能家居防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為主，多家企業(yè)已經(jīng)投入資本到研究智能家居控制系統(tǒng)中去，整體上來(lái)說(shuō)智能化水平較高[5-7]。在我國(guó)，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，智能化家居產(chǎn)品的利用也逐漸應(yīng)用到普通日常生活中去，但是從應(yīng)用水平上來(lái)看，智能家居功能較為單一，主要是應(yīng)用于家庭防盜系統(tǒng)的研究，對(duì)于智能家居內(nèi)部設(shè)備的自動(dòng)操控系統(tǒng)的研究較少，由于技術(shù)水平的限制，通過(guò)語(yǔ)音控制家居設(shè)備的運(yùn)行，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)加大相關(guān)科研研究，提高語(yǔ)音識(shí)別在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的準(zhǔn)確率，設(shè)計(jì)能夠利用漢語(yǔ)語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)控制的操作，通過(guò)人工智能等理論的研究，推動(dòng)整體語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)在智能家居設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展[8]。本文主要工作本文圍繞基于傳感器的智能語(yǔ)音控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作進(jìn)行設(shè)計(jì)，此次課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容分為以下幾個(gè)部分：第一章主要是緒論部分，主要是針對(duì)課題寫(xiě)作的背景進(jìn)行必要的簡(jiǎn)述，同時(shí)結(jié)合實(shí)際情況，表明本次課題寫(xiě)作的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)對(duì)比國(guó)內(nèi)外相關(guān)課題的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，表明研究的現(xiàn)實(shí)必要性。第二章主要是論文的系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分，主要包括論文整體的設(shè)計(jì)框圖，以及各個(gè)器件的選型。第三章主要是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件模塊設(shè)計(jì)，包括各個(gè)模塊的電路設(shè)計(jì)，以及與系統(tǒng)的連接。第四章主要是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件部分，具體介紹系統(tǒng)工作過(guò)程中應(yīng)用軟件程序，原理以及相關(guān)流程圖的設(shè)計(jì)。第五章主要是針對(duì)課題總結(jié)全文，同時(shí)對(duì)自己的未來(lái)發(fā)展提出展望。

系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)本次基于傳感器的智能語(yǔ)音控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)中，整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，主要的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)是：當(dāng)用戶(hù)語(yǔ)音說(shuō)出“關(guān)閉空調(diào)”，“打開(kāi)音樂(lè)”，“關(guān)閉燈光”等語(yǔ)音信息時(shí)，系統(tǒng)可以根據(jù)檢測(cè)到的語(yǔ)音信息進(jìn)行判斷，并根據(jù)信息做出“關(guān)閉空調(diào)”，“打開(kāi)音樂(lè)”，“關(guān)閉燈光”等相應(yīng)的操作。為了達(dá)到該目的，選取單片機(jī)作為該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制核心，通過(guò)單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部其他傳感器的工作進(jìn)行操作，利用LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊對(duì)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中用戶(hù)的語(yǔ)音控制進(jìn)行動(dòng)作的執(zhí)行，利用LED燈來(lái)模擬空調(diào)，音樂(lè)，燈光的狀態(tài)信息。在軟件上，采用KEIL平臺(tái)和C語(yǔ)言進(jìn)行程序的編寫(xiě)，同時(shí)為了防止誤觸發(fā)，系統(tǒng)設(shè)置了兩級(jí)語(yǔ)音密碼，需要先說(shuō)語(yǔ)音，再說(shuō)相應(yīng)的信息，系統(tǒng)才會(huì)進(jìn)行下一步動(dòng)作。圖2-1語(yǔ)音控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖控制器方案比較方案一：采用可編程邏輯器件FPGA或者CPLD成為本次課題的主控制器，對(duì)于可編程邏輯器件其最大的特點(diǎn)就是其特有的并行運(yùn)算能力，相較于其他MCU等微控制器，其運(yùn)行速率遠(yuǎn)高于其他非可編程邏輯器件，被廣泛應(yīng)用于航天，通信等對(duì)速度要求高的場(chǎng)合。在軟件編程方面，其編程語(yǔ)言主要是VHDL和VHERILOG兩種，相較于C語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，其編程難度會(huì)更大一點(diǎn)，特別是涉及到浮點(diǎn)運(yùn)算，其操作難度相對(duì)較大。由于其實(shí)質(zhì)是具有純硬件的特性，因此對(duì)于底層位的操作需要較高的知識(shí)儲(chǔ)備和了解，同時(shí)其特有的并行運(yùn)算方式，使得其具有高性能高功耗的特性。[9]在芯片的使用上，其通常需要+3.3V電源給其IO管腳，+1.8V電源和1V電源給其內(nèi)核供電，所以在電源的供電上相較于MCU的單一供電也較為復(fù)雜，對(duì)紋波的要求，對(duì)于電源芯片的要求相對(duì)也會(huì)更高。這也就要求需要更好的電路的設(shè)計(jì)能力，但鑒于其快速的運(yùn)算能力，因此被廣泛應(yīng)用于各種高速場(chǎng)合。方案二：選擇經(jīng)典的8位STC89系列單片機(jī)，其是宏晶公司生產(chǎn)的我國(guó)自主研發(fā)的高性能51系列單片機(jī)，采用了MCS-51的指令集，內(nèi)部集成了FLASH，ROM等存儲(chǔ)器，用戶(hù)可以在軟件編程過(guò)程中將數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)到單片機(jī)的內(nèi)部FLASH中得以保證數(shù)據(jù)掉電而不至于丟失。并且其開(kāi)發(fā)平臺(tái)同時(shí)支持RIA，KEIL等多種平臺(tái)，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言則為C語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)過(guò)程難度較低，上手速度較快，主要有3個(gè)定時(shí)器和2個(gè)中斷，支持ISP下載，串口下載等多種方式。[10]而且不同的廠家還對(duì)它進(jìn)行了多層加密的處理，以確保數(shù)據(jù)的安全性。通常外部采用12M晶振，由于其自帶12分頻功能，因此其最快速度為1微秒執(zhí)行一條指令，完全可以滿(mǎn)足大部分低速產(chǎn)品的使用需求。同時(shí)由于其穩(wěn)定性好，成本低的特點(diǎn)，被大量應(yīng)用于家電，玩具等消費(fèi)場(chǎng)合，帶來(lái)了具體的經(jīng)濟(jì)效益。方案三：選擇STM32F103，它是ST公司的32位MCU控制器，其內(nèi)部為32位寬的總線，數(shù)據(jù)處理能力及強(qiáng)，最高時(shí)鐘可以達(dá)到72兆赫茲，其內(nèi)核主要采用了主流的ARM系列。ST公司為其配套開(kāi)發(fā)了STM32CUBEMX工具，通過(guò)該工具，用戶(hù)可以自主的對(duì)相關(guān)定時(shí)器，中斷，ADC等進(jìn)行外設(shè)圖形化的配置，節(jié)約用戶(hù)大量的寶貴時(shí)間，其特有的HAL庫(kù)函數(shù)極大的簡(jiǎn)化了整個(gè)開(kāi)發(fā)流程，目前已經(jīng)逐漸替代了過(guò)去的固件庫(kù)。[11]其自帶的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，USART串口通信功能等等都使得用戶(hù)不需要在去進(jìn)行另外的電路設(shè)計(jì)，加快了開(kāi)發(fā)速度。在汽車(chē)，機(jī)器人等多種場(chǎng)合，STM32系列芯片被廣泛應(yīng)用，可靠性強(qiáng)，性能穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)上述三種主控制方案的分析，考慮到本次設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，51單片機(jī)性能相對(duì)比較穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，而且在實(shí)際操作中遇到的問(wèn)題結(jié)合所學(xué)的知識(shí)較容易解決，因此選擇方案二的單片機(jī)來(lái)作為本次課題的主控制器。語(yǔ)音識(shí)別模塊方案比較方案一：采用手機(jī)APP自帶的語(yǔ)音識(shí)別功能，將其通過(guò)藍(lán)牙的方式傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)上，這樣省略了語(yǔ)音識(shí)別功能的制作，而關(guān)注于最終指令的接收和解碼，非常方便，而且可以識(shí)別大量的語(yǔ)音數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確率高。方案二：選取語(yǔ)音識(shí)別芯片LD3320進(jìn)行系統(tǒng)中的控制設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，只需要通過(guò)對(duì)用戶(hù)語(yǔ)音信號(hào)的模塊化采集操作之后，LD3320將產(chǎn)生相應(yīng)語(yǔ)音控制的信號(hào)給微處理器，處理器根據(jù)信號(hào)控制的需求就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)課程檔案柜管理出的設(shè)置。對(duì)比兩種方案設(shè)計(jì)，采用LD3320的方式，只需要通過(guò)單片機(jī)控制串口就可以完成，比較簡(jiǎn)單，因此采用方案二。顯示系統(tǒng)方案選擇方案一：選取八位的LED數(shù)碼管來(lái)作為本次課題的數(shù)據(jù)信息顯示界面，對(duì)于數(shù)碼管來(lái)說(shuō)，其成本低廉，可靠性高，無(wú)論是汽車(chē)行業(yè)還是航空都可以見(jiàn)到其身影，其工作溫度范圍和抗干擾性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他如LCD等顯示方式。但是其顯示信息有限，無(wú)法對(duì)復(fù)雜的英文和中文進(jìn)行顯示，主要用來(lái)進(jìn)行十六進(jìn)制數(shù)以?xún)?nèi)的顯示。方案二;選取OLED顯示器OLED12864作為本次課題的人機(jī)交互界面，對(duì)于OLED其顯示效果更加清晰，支持中文，全英文，數(shù)字和特殊字符的顯示。單片機(jī)在對(duì)其進(jìn)行操作時(shí)，只需要通過(guò)3根控制線按照OLED12864的時(shí)序要求，對(duì)其進(jìn)行操作就可以進(jìn)行相應(yīng)的中文，英文的數(shù)據(jù)顯示，達(dá)到人機(jī)交互的目的。綜上所述，由于在本次設(shè)計(jì)，需要顯示較多的數(shù)據(jù)，因此選擇方案二來(lái)作為本次的顯示設(shè)備，硬件設(shè)計(jì)主控制電路設(shè)計(jì)在此次硬件電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，選取51單片機(jī)成為系統(tǒng)的主控制模塊，此次STC89C52可以存儲(chǔ)8K的代碼量，對(duì)于大多數(shù)項(xiàng)目是夠用的，此款單片機(jī)在產(chǎn)品中使用頻率很高，主要因?yàn)閱纹瑱C(jī)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)更容易上手，對(duì)于工程師而言難度較小。所以很多產(chǎn)品都使用它來(lái)作為主控制器方案。此款產(chǎn)品經(jīng)常用接口有32個(gè)，包括P0、P1、P2、P3四組接口，每組8個(gè)接口，這樣數(shù)量的接口對(duì)于大部分設(shè)計(jì)都可以滿(mǎn)足要求，而且有的IO口還配備有第二種功能，不但可以作為常用IO，而且也可以作為特殊功能使用，比如P3.0為串口通信的輸入端，P3.1為串口通信的輸出端，P3.2為定時(shí)器0的中斷信號(hào)輸入口，P3.3為定時(shí)器1的中斷信號(hào)輸入口，這4個(gè)IO為特殊功能，也可以作為普通IO使用。具體引腳圖如圖3-1單片機(jī)引腳說(shuō)明所示。圖3.圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)時(shí)鐘電路在本次設(shè)計(jì)中不可缺失，可是光這樣單片機(jī)還是無(wú)法工作，復(fù)位電路重要性不得而知，復(fù)位電路，顧名思義就是復(fù)位，可以回到原位，對(duì)于電子系統(tǒng)而言，就是重新運(yùn)行，單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)會(huì)復(fù)位，叫做上電復(fù)位，也是因?yàn)閺?fù)位電路提供了復(fù)位動(dòng)作必須的條件，搭配了按鍵，達(dá)到按鍵復(fù)位功能，也就是所謂的按鍵復(fù)位，復(fù)位在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)起到了非常關(guān)鍵的作用，在數(shù)據(jù)手冊(cè)中要求的復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間為5毫秒，只要滿(mǎn)足要求，并且輸入到復(fù)位引腳，單片機(jī)就會(huì)復(fù)位。在設(shè)計(jì)調(diào)試時(shí)，尤其軟件調(diào)試，復(fù)位可以讓工程師了解軟件設(shè)計(jì)的問(wèn)題所在，不光是在產(chǎn)品使用中起作用。該電路由一個(gè)電阻器，電容器及復(fù)位按鈕，以形成一個(gè)復(fù)位功能。電容被連接在用復(fù)位按鈕平行，并且電阻被連接在與所述電容和所述復(fù)位按鈕系列。當(dāng)系統(tǒng)被通電時(shí)，該電路可以自動(dòng)地提供所述復(fù)位信號(hào)至所述單芯片微計(jì)算機(jī)，或者通過(guò)復(fù)位按鈕復(fù)位，而自動(dòng)復(fù)位功能就是運(yùn)用電容充放電原理。然而電阻的電壓就會(huì)下降，電壓會(huì)減小。復(fù)位接口的電壓會(huì)下降。處理器的復(fù)位端就是低電平，處理器就會(huì)執(zhí)行復(fù)位動(dòng)作。單片機(jī)可以運(yùn)行代碼，必須要有時(shí)鐘電路的支持，每一句代碼的運(yùn)行，每一條指令的運(yùn)行，都是按照時(shí)鐘電路運(yùn)行時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)而得到，所以晶振的頻率就代表了單片機(jī)的運(yùn)行速度。如果沒(méi)有時(shí)鐘電路或者時(shí)鐘電路異常，單片機(jī)的運(yùn)行將會(huì)停止，甚至無(wú)法燒寫(xiě)程序，所以時(shí)鐘電路是比不可少的電路。單片機(jī)的定時(shí)器相關(guān)設(shè)計(jì)，都是建立在晶振的基礎(chǔ)上，定時(shí)器的時(shí)間計(jì)時(shí)，定時(shí)器初始值等，都需要時(shí)鐘電路的支持，綜合上述的信息可以得到，時(shí)鐘電路在本次設(shè)計(jì)中非常重要。電路搭配的是12Mhz的晶振，所以定時(shí)器的各項(xiàng)參數(shù)，都需要通過(guò)這個(gè)頻率進(jìn)行計(jì)算，晶振是無(wú)源晶振，所以必須同時(shí)搭建兩個(gè)起振電容，沒(méi)有起振電容，晶振是電路無(wú)法工作。時(shí)鐘電路中晶振對(duì)于起振電容也是有額外要求的，需要選擇20到50pf的電容，電容的種類(lèi)也很多，選擇瓷片電容就可以，電容的選擇可以在數(shù)據(jù)手冊(cè)中找到相關(guān)的內(nèi)容，時(shí)鐘電路的構(gòu)造必須同時(shí)離單片機(jī)的XTAL0、XTAL1越近越好，這樣可以避免過(guò)長(zhǎng)，在晶振信號(hào)傳輸過(guò)程中引入干擾，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，單片機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，電容的布局需要在單片機(jī)的接口處，這樣晶振信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中，到達(dá)單片機(jī)接口，通過(guò)電容進(jìn)行處理，信號(hào)就會(huì)非常穩(wěn)定，可以在晶振兩個(gè)引腳處各自連接30pF的電容，構(gòu)成自激振蕩器，為單片機(jī)提供時(shí)鐘頻率。語(yǔ)音識(shí)別模塊電路設(shè)計(jì)在語(yǔ)音識(shí)別模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程中，進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別主要是通過(guò)LD3320模塊進(jìn)行整體工作的，LD3320模塊芯片體積較小，有48個(gè)管腳，整體排列在實(shí)用過(guò)程中較為合理。LD3320模塊芯片由ICRoute公司進(jìn)行設(shè)計(jì)，外圍電路包括A/D轉(zhuǎn)換電路、音頻輸出端、音頻輸入端等接口組成。在使用過(guò)程中，LD3320模塊芯片使用效率高，系統(tǒng)能耗較少，可以在不連接輔助芯片的基礎(chǔ)之上進(jìn)行產(chǎn)品的功能實(shí)現(xiàn)。語(yǔ)音識(shí)別的功能由LD3320模塊來(lái)以實(shí)現(xiàn)，繼而可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的功能，同時(shí)在不同的設(shè)備使用情況下，可以對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵詞列表進(jìn)行動(dòng)態(tài)編輯操作。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，LD3320芯片具有以下使用優(yōu)勢(shì)：第一，芯片在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，內(nèi)部設(shè)置有快速穩(wěn)定的優(yōu)化算法結(jié)構(gòu)，能夠保證系統(tǒng)操控過(guò)程中的準(zhǔn)確率。第二，語(yǔ)音芯片的識(shí)別功能實(shí)現(xiàn)不用外接輔助閃存芯片。第三，芯片在電路連接過(guò)程中，支持并行以及串行接口，在串行接口的連接過(guò)程中，整體簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的連接過(guò)程，提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的可操作性。第四，對(duì)語(yǔ)音芯片進(jìn)行識(shí)別短句的設(shè)置過(guò)程中，識(shí)別語(yǔ)句可以是單個(gè)字或者短語(yǔ)，識(shí)別語(yǔ)句的內(nèi)容可以在線進(jìn)行動(dòng)態(tài)編輯，操作非常便捷。第五，語(yǔ)音識(shí)別模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程中，內(nèi)部具有A/D轉(zhuǎn)換器以及功率放大器電路，這也保障了芯片能夠和揚(yáng)聲器進(jìn)行連接，提高輸出功率，保證聲音傳遞過(guò)程中的強(qiáng)度。第六，語(yǔ)音芯片在系統(tǒng)處于休眠的狀態(tài)下，依舊能夠保持正常操作，容易被激活。第七，芯片的工作電源是3.3V，可以被應(yīng)用于各種便攜式的設(shè)備設(shè)計(jì)之中，極大拓寬了其應(yīng)用的設(shè)備范圍。LD3320模塊芯片在本次設(shè)計(jì)中，主要是通過(guò)單片機(jī)的芯片電路保證其寄存器的功能實(shí)現(xiàn)，也是通過(guò)寄存器，LD3320芯片才能夠進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別的具體功能實(shí)現(xiàn)，LD3320芯片寄存器的地址空間是8位，在對(duì)語(yǔ)音識(shí)別關(guān)鍵語(yǔ)句的編輯工程中，主要是通過(guò)在拼音串設(shè)置成LD3320寄存器來(lái)完成編輯關(guān)鍵詞主控MCU。LD3320芯片的實(shí)際電路圖如圖3-5所示，從圖3.2可以看出，在音頻輸入端主要是通過(guò)LD3320MIC進(jìn)行音頻輸入，LD3320模塊芯片和單片機(jī)的P0口8號(hào)線并聯(lián)控制，系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)以及中斷信號(hào)由單片機(jī)主控制器進(jìn)行發(fā)送，LD3320芯片進(jìn)行信號(hào)的接收以及享用的處理操作。同時(shí)電路設(shè)計(jì)中還可以實(shí)現(xiàn)揚(yáng)聲器音量控制以及電源去耦的作用。圖3.2LD3320接口電路圖顯示電路信息顯示在單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中是非常重要的一個(gè)組成部分，其不僅僅可以顯示產(chǎn)品當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，傳感器參數(shù)等信息，還可以配合按鍵部分對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，可以說(shuō)是人機(jī)交互中必不可少的一部分。在此次課題中，選取了液晶顯示器OLED12864可以作為人機(jī)交互的顯示頁(yè)面。其顯示信息面板上一共可以顯示64行，每行可以顯示128個(gè)字符，支持全英文，數(shù)字和特殊字符的顯示，而在硬件管腳上則有7個(gè)管腳。除了電源供電管腳以為，還有背光亮度調(diào)節(jié)管腳，控制引腳和數(shù)據(jù)引腳。對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)主要是對(duì)其4根控制引腳進(jìn)行操作。由于OLED12864本身的邏輯電平是支持3.3V和5V的，因此不需要通過(guò)電平轉(zhuǎn)換，單片機(jī)就可以直接對(duì)OLED12864進(jìn)行控制。其中CS管腳為片選使能管腳，當(dāng)它達(dá)到高電平時(shí)，OLED12864可以進(jìn)行工作，A0管腳為命令和數(shù)據(jù)切換管腳，當(dāng)為低電平時(shí)，則是讀寫(xiě)命令，否則為讀寫(xiě)數(shù)據(jù)功能。SCL和SDA是標(biāo)準(zhǔn)的IIC協(xié)議控制方式，SCL為時(shí)鐘信號(hào)線，SDA是數(shù)據(jù)線，單片機(jī)通過(guò)控制這兩根線來(lái)講要顯示的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絆LED12864液晶顯示，其控制邏輯在OLED12864的數(shù)據(jù)手冊(cè)中已經(jīng)給出。因此在使用時(shí)，單片機(jī)需要按照其給出的時(shí)序邏輯進(jìn)行程序的編寫(xiě)以實(shí)現(xiàn)顯示功能。圖3.3液晶OLED12864電路圖圖3.4OLED12864的讀寫(xiě)時(shí)序圖LED燈模塊圖3.5LED燈模塊軟件設(shè)計(jì)KEILUVISION簡(jiǎn)介在完成整個(gè)硬件電路設(shè)計(jì)后，需要編寫(xiě)相應(yīng)的軟件來(lái)使得整個(gè)系統(tǒng)的功能運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，協(xié)調(diào)各個(gè)模塊之間相互進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)，無(wú)論是STM32，51系列或者是MSP430，基本都是運(yùn)用C語(yǔ)言進(jìn)行底層應(yīng)用程序的編寫(xiě)，因?yàn)閰R編語(yǔ)言由于其易讀性難，維護(hù)成本高，已經(jīng)逐漸被潮流所淘汰。而編程平臺(tái)在此同樣是選擇主流的KEIL，該版本目前是最新的版本，相較于前面的幾個(gè)版本，其進(jìn)行了大量的更新，編譯效率更高，速度更快，人機(jī)交互能力突顯更強(qiáng)。該軟件是專(zhuān)門(mén)被開(kāi)發(fā)用來(lái)進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)程序編寫(xiě)的，其目前被廣大的技術(shù)人員使用，其支持的處理器也變的越來(lái)越豐富，幾乎涵蓋了市場(chǎng)上所有的控制器。在進(jìn)行編寫(xiě)程序時(shí)，首先需要新建一個(gè)工程，在此工程文件下面分別新建各個(gè)子文件.C和.H文件，其中.C文件主要用于編寫(xiě)各個(gè)功能模塊函數(shù)的主要功能，庫(kù)函數(shù)是.H文件，供其他函數(shù)進(jìn)行調(diào)用。在完成程序編寫(xiě)后，則開(kāi)始對(duì)程序進(jìn)行編譯解決相應(yīng)的警告和錯(cuò)誤等等，然后就可以進(jìn)行程序的下載。同時(shí)KEIL還提供了在線聯(lián)機(jī)調(diào)試功能，方便用戶(hù)實(shí)時(shí)觀看控制器的寄存器狀態(tài)以進(jìn)行程序的修改和調(diào)試。C語(yǔ)言在此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過(guò)程中，主要是依靠軟件和硬件共同設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)，硬件是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，而功能的主要實(shí)現(xiàn)是依靠軟件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)也直接影響了整個(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。針對(duì)系統(tǒng)功能軟件設(shè)計(jì)主要包括初始化設(shè)計(jì)、傳感器數(shù)據(jù)采集、案件輸入、液晶顯示等模塊的相對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)工作。在主要針對(duì)軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，是采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)這一方法能夠從整體上降低設(shè)計(jì)程序的復(fù)雜性，能夠保證程序在使用、調(diào)試、維護(hù)等工作過(guò)程中，可以得到最簡(jiǎn)單化的處理操作。在系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要是利用C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行相關(guān)程序的編程操作，C語(yǔ)言在編程使用中應(yīng)用范圍較廣，尤其是在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛。C語(yǔ)言研發(fā)歷史較為悠久，不僅可以對(duì)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)程序進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的編譯操作，而且在一般應(yīng)用程序的編寫(xiě)過(guò)程中，使用范圍也較為廣泛。利用C語(yǔ)言進(jìn)行編譯操作過(guò)程中，使用較為方便，由于其具有豐富的運(yùn)算符號(hào)以及數(shù)據(jù)類(lèi)型，能夠保證編譯工作快速進(jìn)行。整體上保證程序編寫(xiě)靈活，同時(shí)具有良好的可移植性。C語(yǔ)言是當(dāng)下最為流行的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，在用戶(hù)的使用過(guò)程中，相關(guān)編程人員在不熟悉計(jì)算機(jī)內(nèi)部相對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)指令的情況下，就可以對(duì)程序進(jìn)行編譯。同時(shí)C語(yǔ)言可以對(duì)單片機(jī)硬件進(jìn)行直接操作，可以對(duì)I/0端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)操作，位操作、地址操作。C語(yǔ)言適用于硬件操作的軟件程序編寫(xiě)工作，尤其是在單片機(jī)以及嵌入式的應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用中。整體編寫(xiě)操作較為簡(jiǎn)單，可以利用其他人的案例編寫(xiě)進(jìn)行參考工作來(lái)及時(shí)掌握C語(yǔ)言編程的具體應(yīng)用實(shí)踐。在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要是選用C語(yǔ)言進(jìn)行編主程序設(shè)計(jì)上電后STC89C52單片機(jī)進(jìn)行初始化，然后開(kāi)啟LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊，當(dāng)一級(jí)密碼正確后，再進(jìn)行二級(jí)語(yǔ)音密碼判定，當(dāng)二級(jí)密碼正確后，控制相應(yīng)的空調(diào)，音樂(lè)，引擎，軟件流程圖如圖4.1所示。圖4.1主程序流程圖語(yǔ)音識(shí)別程序設(shè)計(jì)語(yǔ)音識(shí)別程序的設(shè)計(jì)是在語(yǔ)音識(shí)別芯片LD3320的識(shí)別下完成工作的，芯片LD3320可以設(shè)置標(biāo)志位，調(diào)節(jié)讀取芯片的運(yùn)行狀態(tài)，獲得識(shí)別結(jié)果。具體操作流程中，首先進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別初始化，寫(xiě)標(biāo)識(shí)列表，啟動(dòng)標(biāo)識(shí)，并準(zhǔn)備中斷響應(yīng)函數(shù)，打開(kāi)中斷允許位，循環(huán)識(shí)別模式的工作模式，系統(tǒng)反復(fù)啟動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別過(guò)程，沒(méi)有任何操作，再次啟動(dòng)所述語(yǔ)音識(shí)別處理，系統(tǒng)一旦檢測(cè)到語(yǔ)音指令，就相應(yīng)執(zhí)行對(duì)應(yīng)的操作，具體的語(yǔ)音識(shí)別程序流程圖圖4.2所示。圖4.2語(yǔ)音識(shí)別流程圖顯示程序本次采用的是OLED12864液晶來(lái)進(jìn)行信息的顯示，其為IIC通信控制方式，上電后首先通過(guò)SCL始終線拉低開(kāi)開(kāi)始，然后發(fā)送數(shù)據(jù)，地址每加1則發(fā)送一次數(shù)據(jù)，直到全部發(fā)送完為止圖4.3顯示程序流程圖系統(tǒng)測(cè)試與分析硬件調(diào)試在完成整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)之后，就需要購(gòu)買(mǎi)相應(yīng)的元器件進(jìn)行實(shí)物的制作，在制作的過(guò)程中，除了器件本身還需要相應(yīng)的配套工具。如恒溫電烙鐵，焊錫絲，松香，鑷子等等。對(duì)于電路的焊接有手工焊接和自動(dòng)焊接兩種方式，考慮到實(shí)際情況本次選擇手工采用電烙鐵進(jìn)行焊接的方式。為了保證整個(gè)作品在焊接完后不會(huì)出現(xiàn)虛焊，漏焊，焊接短路等問(wèn)題需要注意以下方面：一要對(duì)整個(gè)電路板和相應(yīng)的器件的焊接部位進(jìn)行全部的清洗以防止其本身受到環(huán)境因素的影響而生銹或者有油污影響了焊接后的導(dǎo)電效果，同時(shí)需要保證烙鐵先碰引腳進(jìn)行加熱然后再加入焊絲，同時(shí)要注意焊某個(gè)引腳的時(shí)候不能影響到其他引腳，以免短路。二要注意焊接的溫度，由于每種器件都有其相應(yīng)的耐溫，溫度太高容易造成器件的損壞，且焊接造成的損壞很難觀察出來(lái)，會(huì)給后續(xù)調(diào)試帶來(lái)非常復(fù)雜的問(wèn)題，因?yàn)橥ǔ：苌贂?huì)去懷疑器件因焊接而損壞了。正常來(lái)說(shuō)，恒溫烙鐵溫度設(shè)置在300攝氏度就可以完成焊接工作，當(dāng)然遇到銅皮大或者散熱好的則需要相應(yīng)的提高溫度。三就是需要在完成焊接工作后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的焊點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，看看是否有缺焊，漏焊，如果有則要進(jìn)行補(bǔ)焊，同時(shí)由于焊接的過(guò)程中會(huì)有松香等物質(zhì)，所以電路板會(huì)變的比較臟，因此還需要再次對(duì)電路板進(jìn)行清洗。最后進(jìn)行綜合性的檢查操作，這一方法主要適用于利用單片機(jī)作為整體系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的情況。而在動(dòng)態(tài)調(diào)試的具體情況中，是在靜態(tài)調(diào)試的基礎(chǔ)之上，查看每個(gè)器件正常工作的具體狀態(tài)，能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的具體功能的實(shí)現(xiàn)，保障整個(gè)系統(tǒng)能夠完美運(yùn)行，在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，此次智能加濕控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)整體符合要求，測(cè)試正常。軟件調(diào)試在對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行軟件調(diào)試時(shí)，其主要過(guò)程如下：（1）首先在KEIL軟件上進(jìn)行各個(gè)模塊的程序編寫(xiě)，然后對(duì)編寫(xiě)好的程序進(jìn)行相關(guān)的C語(yǔ)言語(yǔ)法，邏輯控制原理等進(jìn)行檢查，然后進(jìn)行程序的編譯，并根據(jù)編譯的結(jié)果，繼續(xù)修改，直至無(wú)任何錯(cuò)誤為止。（2）當(dāng)程序完成通過(guò)后，將由KEIL生成的hex可下載文件通過(guò)專(zhuān)用的下載器將文件下載到單片機(jī)中進(jìn)行運(yùn)行。（3）在程序下載完成后，通常先對(duì)LED指示燈等簡(jiǎn)單功能先進(jìn)行判斷，然后依據(jù)判斷情況進(jìn)一步操作。在搭建完原理圖后，我們就需要進(jìn)行軟件編程調(diào)試，在此采用的開(kāi)發(fā)工具是KEIL，通過(guò)KEIL軟件進(jìn)行對(duì)軟件代碼編寫(xiě)，并進(jìn)行編譯，生成HEX文件，HEX文件是最終處理器需要的文件，將此文件燒錄到處理器中，處理器就會(huì)按照軟件運(yùn)行起來(lái)。Keil還可以進(jìn)行在線仿真，對(duì)代碼進(jìn)行邏輯性的驗(yàn)證，在燒錄到處理器前進(jìn)行初步的驗(yàn)證。在進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的時(shí)候必然涉及到相關(guān)的硬件和軟件，我們可以通過(guò)KeiluVision工具來(lái)對(duì)其進(jìn)行調(diào)試。通過(guò)其所提供的工具來(lái)進(jìn)行編碼、翻譯、編寫(xiě)以及調(diào)試等，最終完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試。在軟件調(diào)試過(guò)程中，利用KEIL軟件內(nèi)部的仿真運(yùn)行工具，在相應(yīng)的系統(tǒng)代碼編輯完成之后就可以完成相應(yīng)的邏輯操作。在軟件仿真頁(yè)面中，首先點(diǎn)擊菜單欄中的調(diào)試按鍵，然后進(jìn)行仿真的開(kāi)始，系統(tǒng)相應(yīng)進(jìn)入仿真環(huán)境，如圖5.1所示。圖5.1調(diào)試一在系統(tǒng)菜單欄中，選擇窗口，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所要觀察的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的仿真監(jiān)控，如圖5.2所示。圖5.2調(diào)試二在仿真系統(tǒng)的敞口中，可以利用輸入的數(shù)據(jù)量的不同，來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)變量的觀察，如圖5.3所示。圖5.3調(diào)試三系統(tǒng)仿真窗口通過(guò)輸入count就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)于整體仿真過(guò)程中的變量監(jiān)控，在此過(guò)程中，可以輸入多個(gè)便來(lái)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各仿真程序的監(jiān)控。圖5.4調(diào)試四仿真系統(tǒng)在系統(tǒng)工具欄中，為用戶(hù)提供較多的仿真運(yùn)行調(diào)試工具，可以實(shí)現(xiàn)仿真過(guò)程中系統(tǒng)所需的單步運(yùn)行、跳出循環(huán)、運(yùn)行，停止，啟動(dòng)等功能的實(shí)現(xiàn)，為系統(tǒng)仿真過(guò)程中提供便于系統(tǒng)調(diào)試的按鈕。圖5.5調(diào)試五在軟件編程仿真的過(guò)程中，可以保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可實(shí)現(xiàn)性，在此基礎(chǔ)之上，將程序HEX代碼燒錄至單片機(jī)中，完成整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。如圖5.6所示為實(shí)物整體效果圖圖5.6實(shí)物圖測(cè)試分析本設(shè)計(jì)對(duì)語(yǔ)音模塊的測(cè)試結(jié)果如下表5-1所示。當(dāng)輸入語(yǔ)音距離語(yǔ)音模塊較近（1cm）時(shí)該設(shè)計(jì)系統(tǒng)的成功率較高，隨著測(cè)試距離的逐漸增大，測(cè)試成功率有著明顯的下降趨勢(shì)，當(dāng)測(cè)試距離較遠(yuǎn)（100cm）的時(shí)候，成功率只有70%，這說(shuō)明該系統(tǒng)的語(yǔ)音讀取部分還存在一定的不足，其中的原因則是因?yàn)檎Z(yǔ)音模塊所使用的芯片LD3320的精確度和能力不是特別高，當(dāng)輸入距離遠(yuǎn)時(shí)則會(huì)接收不清楚或接收不到語(yǔ)音信號(hào)的輸入。表5-1語(yǔ)音模塊測(cè)試結(jié)果測(cè)試距離（cm）20406080100測(cè)試次數(shù)（次）5050505050成功次數(shù)（次）4843403835測(cè)試成功率96%86%90%76%70%PAGEPAGE19總結(jié)語(yǔ)音控制系統(tǒng)有著非常重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，本次設(shè)計(jì)將語(yǔ)音識(shí)別功能引入智能家居領(lǐng)域，雖然語(yǔ)音模塊的識(shí)別需要在比較近的距離才能穩(wěn)定的控制整個(gè)系統(tǒng)，太遠(yuǎn)則會(huì)出現(xiàn)失誤，但也有一定的使用價(jià)值，在實(shí)際使用過(guò)程中盡量近距離使用和利用特征鮮明的短語(yǔ)或者語(yǔ)言作為識(shí)別端，減低其失誤識(shí)別的概率。在完成整個(gè)系統(tǒng)的硬件連接后，對(duì)每個(gè)模塊的一個(gè)系統(tǒng)調(diào)試的結(jié)合，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性的。根據(jù)在設(shè)計(jì)過(guò)程中所遇到的問(wèn)題，該系統(tǒng)為了進(jìn)一步提高使用的效果，但也可以在以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)，比如增強(qiáng)語(yǔ)音識(shí)別的有效距離，提高環(huán)境雜聲的抗干擾性等等。通過(guò)本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我學(xué)習(xí)到了很多東西，主要可以分為以下幾個(gè)方面：（1）智能控制系統(tǒng)在以后的工作和生活中必定會(huì)給我們帶來(lái)更大的方便和快捷，人們會(huì)在智能語(yǔ)音方面實(shí)現(xiàn)更大的成就。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，智能化家居產(chǎn)品的利用也逐漸應(yīng)用到普通日常生活中去，人們會(huì)更加依賴(lài)智能化系統(tǒng)帶來(lái)的便利；（2）在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的總體過(guò)程中，使得我明白了在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，動(dòng)手實(shí)踐才是增強(qiáng)知識(shí)鞏固最有力的方法，在溫習(xí)知識(shí)的同時(shí)，鞏固知識(shí)，實(shí)踐才是最終進(jìn)步的階梯，整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程，就是檢驗(yàn)我們學(xué)習(xí)的過(guò)程，檢驗(yàn)我們大學(xué)中學(xué)習(xí)的各種能力，以便于我們以后的工作；（3）本次