PAGEPAGE261基于語音控制和藍(lán)牙通信的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計摘要：隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，家居環(huán)境越來越趨于智能化。基于語音控制和藍(lán)牙通信的智能家居系統(tǒng)，可以通過語音對話或手機APP控制智能家居中彩燈的照度、顏色和窗簾的升降。智能夜燈的加入，為人們的生活提供了便利。系統(tǒng)采用從機和主機的形式，通過C2540F256藍(lán)牙芯片實現(xiàn)從機和主機的無線通信。從機采用STM32F103芯片作為微處理器，LD3320芯片作為語音對話功能或手機藍(lán)牙APP來發(fā)送指令。上位機采用STC89C52作為微處理器，實現(xiàn)燈光和窗簾的智能控制。簡介隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對家居生活的需求已不再局限于簡單的物質(zhì)需求，而是更加關(guān)注家居的智能化。對于用戶來說，真正的智能家居生活是要讓機器在感應(yīng)環(huán)境時，能夠做出自己的判斷，并根據(jù)實際環(huán)境做出改變。真正的智能家居應(yīng)該是真正無感的，可以直接與之"對話"，實現(xiàn)對家用電器的控制，真正打造一個無感的智能家居系統(tǒng)?；谡Z音控制和藍(lán)牙通信的智能家居系統(tǒng)，通過語音和手機APP控制彩燈的照度、顏色和窗簾狀態(tài)。系統(tǒng)設(shè)計智能語音控制系統(tǒng)采用無線藍(lán)牙通信，分為兩部分：主機和從機。從機通過語音模塊或手機向主機傳輸信號。主控MCU反饋信號，控制燈光的開關(guān)和顏色的變化。同時，控制電機的運行，模擬窗簾的升降，并通過內(nèi)置光敏電阻檢測室內(nèi)環(huán)境，控制室內(nèi)夜燈的開啟和關(guān)閉。圖1系統(tǒng)原理圖有兩種形式的從機。人的語音信號由智能語音模塊收集并發(fā)送至藍(lán)牙1。指令通過智能手機的藍(lán)牙APP發(fā)送到手機的內(nèi)置藍(lán)牙2。主藍(lán)牙接收來自藍(lán)牙信號的控制信號，并將其發(fā)送給單芯片計算機，由其控制彩燈的光線、彩燈的顏色和窗簾的升降。硬件電路設(shè)計3.2智能語音模塊的設(shè)計智能語音模塊采用LDV5語音識別模塊，主要包括語音芯片和微處理器。語音芯片采用LD3320芯片，微處理器采用STM32F103芯片。LD3320芯片是一款基于獨立于揚聲器的語音識別技術(shù)的語音識別/語音控制芯片。該芯片集成了高精度的A/D接口，無需外接輔助FLASH和RAM即可實現(xiàn)語音識別/語音控制/人機對話功能，且識別的關(guān)鍵詞列表可動態(tài)編輯。STM32F103芯片是一個32位RISC處理器。其ARM內(nèi)核的高性能在8位和16位系統(tǒng)的存儲空間中得到極大體現(xiàn)。此外，它還集成了FLASH存儲、SRAM、豐富的I/O接口和先進的中斷響應(yīng)系統(tǒng)。LDV5模塊具有USB接口和TF卡讀取U盤的功能。它有一個低速TF卡，最大支持4GMini。它可以實現(xiàn)人機對話、播放MP3功能、播放歌曲、對話等功能。它具有串口輸出識別碼的功能，支持1-12字節(jié)的自定義16位輸出。支持密碼識別（例如，如果模塊被定義為"智能家居"，只有在每個"智能家居"被說出后，模塊才能接受其他操作）。支持普通識別模式和按鍵觸發(fā)模式，以適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境。有了看門狗復(fù)位功能，系統(tǒng)更加穩(wěn)定和耐用。模塊上有一張TF卡。使用語音模塊時，只能通過修改TF卡的內(nèi)容來操作模塊。例如，PA0-PA的78個I/O端口是保留的，只需在TF卡中設(shè)置相應(yīng)的菜單文本序號，就可以使用I/O端口。每個端口都有高電平、低電平、高電平0.5秒和高電平1秒的功能。使用I/O端口輸出時，只與序列號相關(guān)，而與其他無關(guān)。如果與序列號相對應(yīng)的關(guān)鍵詞被正確識別，該端口將有相應(yīng)的狀態(tài)輸出，不受識別碼的影響。藍(lán)牙模塊設(shè)計HC-08藍(lán)牙串行模塊使用CC2540F256芯片。它是一個基于藍(lán)牙規(guī)范V4.0BLE藍(lán)牙協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸模塊。它具有2.4GHzISM工作頻段和GFSK調(diào)制模式。藍(lán)牙的最大傳輸功率為4dBm，-93dBm，可以實現(xiàn)長達(dá)80M的長距離傳輸。藍(lán)牙連接有兩種方式：一種是藍(lán)牙與藍(lán)牙的連接，另一種是藍(lán)牙與手機的連接。藍(lán)牙與藍(lán)牙之間的連接藍(lán)牙與藍(lán)牙之間的連接將通過藍(lán)牙模塊從藍(lán)牙連接到主藍(lán)牙，如圖3所示。指令由語音模塊發(fā)送，并通過藍(lán)牙傳輸給MCU。接收到信號后，單片機采取相應(yīng)措施，控制燈光的開或關(guān)和顏色的變化，并驅(qū)動電機改變窗簾狀態(tài)。在使用模塊與模塊之間的連接時，需要將藍(lán)牙、語音模塊和單片機按照圖2所示的方式進行連接。第一個是語音模塊LDV5，第二個是主機單片機STC89C52。因為HC-O8默認(rèn)為從屬藍(lán)牙，所以需要對藍(lán)牙進行設(shè)置。只要將藍(lán)牙與串口傳輸?shù)腡TL模塊相連，并通過串口調(diào)試助手發(fā)送"AT+ROLE=0"的AT命令，當(dāng)藍(lán)牙斷電后再次通電，就可以成為主藍(lán)牙模式。藍(lán)牙開機后，主、從藍(lán)牙會自動連接，實現(xiàn)傳輸功能。圖2藍(lán)牙模塊藍(lán)牙和移動電話之間的連接連接方式通過藍(lán)牙模塊實現(xiàn)了手機和單片機的無線傳輸，如圖3所示。手機通過藍(lán)牙向單片機發(fā)送指令，單片機接收信號，并采取相應(yīng)措施控制彩燈的照明和顏色變化，同時驅(qū)動電機改變窗簾狀態(tài)。圖3通信模塊使用手機連接藍(lán)牙時，在手機中選擇藍(lán)牙。手機下載藍(lán)牙助手APP，通過藍(lán)牙助手連接到主藍(lán)牙，如圖5所示。由于藍(lán)牙助手默認(rèn)為16位，在編寫"f8"、"ff"等指令時，會將指令發(fā)送到MCU，實現(xiàn)家居控制。主要的微處理器設(shè)計主機的處理器選擇了STC系列的STC89C52芯片。它是一個低功耗但高性能的芯片，具有8位CMOS微控制器和8kB的可編程FLASH存儲器。它支持ISP下載，經(jīng)常被用來控制電路檢測。另外，在調(diào)試電路時，如果需要重新加載程序，可以直接通過軟件刻錄程序，避免多次拔掉芯片，這樣就不會對芯片造成損壞。STC89C52總共有40個引腳。它有4kBFLASH存儲器，128BRAM，32個外部雙向I/O端口，5個中斷優(yōu)先級，2個16位可編程定時計數(shù)器和2個全雙工串行通信片內(nèi)時鐘振蕩器。它有空閑模式、正常模式和斷電模式，不同的模式配合不同的情況，以合理地分配內(nèi)部資源。電機模塊設(shè)計由于步進電機操作簡單，誤差小，在沒有過載的情況下不受重量限制，因此可以用于需要控制速度和位置的相關(guān)領(lǐng)域。因此，本文的電機模塊中使用了步進電機。它將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移或線位移的開環(huán)控制元件。步進電機的驅(qū)動板采用了ULN2003。ULN2003是一個高電壓、高電流的達(dá)林頓陣列，由七個硅NPN達(dá)林頓管組成。ULN2003中的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)了一個2.7k_base的電阻，可以在5V的工作電壓下直接與TTL和CMOS電路連接，處理以前需要由標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器處理的數(shù)據(jù)。電機模塊的電路如圖4所示。圖4電機模塊電機模塊是由ULN2003驅(qū)動的。驅(qū)動端口是P0.0(A),P0.1(B),P0.2(C),P0.3(C).正面的順序是。AB組-BC組-CD組-DA組；相反的順序是：AB組-AD組-CD組-CB組。AB組-AD組-CD組-CB組。"-"是一個脈沖，正向和反向都是5.625度。四相五線制步進電機與端口P0.0、P0.1、P0.2和P0.3相連，分別對應(yīng)步進電機的A、B、C、D四相。軟件程序設(shè)計根據(jù)硬件設(shè)計的思路，智能語音控制系統(tǒng)有兩種操作模式。智能家居的控制采用兩種方式：一種是語音控制，流程圖見圖7；另一種是手機控制，流程圖見圖8。語音控制是向語音模塊發(fā)送語音指令，并通過藍(lán)牙傳輸給MCU，從而達(dá)到控制燈光和窗簾的目的。當(dāng)語音模塊被打開時，單片機進行初始化。當(dāng)人們向語音模塊發(fā)出指令時，語音模塊檢測到指令的匹配度，將數(shù)據(jù)傳輸給單片機，并調(diào)用MP3的語音反饋給用戶，形成人機對話模式。手機控制通過藍(lán)牙助手發(fā)送指令，藍(lán)牙傳輸給單片機控制燈光和窗簾。這兩種方式都可以實現(xiàn)對燈光的開關(guān)、顏色變化的控制，并通過控制電機的運行來模擬窗簾的升降。同時，內(nèi)置光敏電阻檢測室內(nèi)環(huán)境，控制室內(nèi)夜燈的照明。單片機在主機中的程序流程如圖9所示。當(dāng)單片機串口接收到信號時，信號被檢測出來。如果需要該信號，根據(jù)信號指示進行相應(yīng)的操作。如果不是，則重新監(jiān)測串口信號。總結(jié)基于智能語音的家具控制系統(tǒng)可以通過語音對話和手機APP兩種模式控制彩燈的點亮和熄滅、彩燈的顏色和窗簾的起落。智能夜燈的功能可以通過以下方式實現(xiàn)通過光敏傳感器實時測量光的強度，可以為人們的生活提供便利。參考文獻李鑫,成員玉良,張健,等.智能空調(diào)語音控制系統(tǒng)的開發(fā)[J].青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2017,34(4):308-313.孫紅軍，周萬根.基于LD3320語音識別的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].電子測試,2017(18):18-20.王偉,王忠銀，張玉煌，等.無線語音搜索系統(tǒng)的設(shè)計[J].傳感器世界,2015,21(12):32-36.林金建，陳潤杰，鄧家義，等。基