具備語音識(shí)別功能的智能插座設(shè)計(jì)摘要在科技信息化逐漸加深的時(shí)代下，各種新型電子技術(shù)推動(dòng)了人類文明的不斷進(jìn)步，通過選擇電信無線網(wǎng)絡(luò)完成對(duì)家用電器智能化設(shè)計(jì)、智能化操控系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)，來幫助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加的靈活，性能更加的穩(wěn)定，安全性更強(qiáng)，已經(jīng)應(yīng)用在家用電器或商用電器設(shè)備中進(jìn)行智能控制，可以達(dá)到無任何距離限制的遠(yuǎn)程遙控。這其中智能插座是智能家居范圍內(nèi)重要的一個(gè)組成部分，它的更新與智能家居行業(yè)的進(jìn)步有著重要的關(guān)系。設(shè)計(jì)以語音識(shí)別無線遙控插座作為方向進(jìn)行研究開發(fā)，對(duì)語音識(shí)別原理、插座開關(guān)控制原理和按鍵控制進(jìn)行較為全面的分析和研究。硬件方面，以STC89C52單片機(jī)作為主控，選用LD3320作為語音識(shí)別方案，選用繼電器來完成插座的通斷電功能。在軟件方面，使用C語言進(jìn)行系統(tǒng)軟件代碼設(shè)計(jì)，并通過組裝實(shí)物進(jìn)行測(cè)試，并取得良好的顯示效果。系統(tǒng)通過語音識(shí)別命令，控制插座的開關(guān)，同時(shí)可以手動(dòng)按鍵控制插座開關(guān)。在操作時(shí)需要先說出“小海同學(xué)”使能系統(tǒng)控制，之后說出“插板通電”，插座通電。斷電操作需要先說出“小海同學(xué)”使能系統(tǒng)控制，之后說出“插板斷電”，插座斷電。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)語音遙控插座控制功能。完成了語音識(shí)別、插座控制、按鍵控制硬件開發(fā)和軟件開發(fā)。關(guān)鍵詞：插座；語音識(shí)別；LD3320；STC89C52目錄TOC\o"1-3"\h\u190651緒論 1253971.1研究背景及意義 1196041.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀 191351.3本文主要內(nèi)容 268872整體方案設(shè)計(jì) 3238302.1系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 317192.2主控制器方案 3169552.3語音識(shí)別方案 329833硬件電路設(shè)計(jì) 530483.1主控制器電路 5174813.2語音識(shí)別電路 7173223.3插座開關(guān)電路 741413.4按鍵電路 8159044軟件程序設(shè)計(jì) 9244464.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 922244.2語音識(shí)別子程序設(shè)計(jì) 9308264.3插座控制子程序設(shè)計(jì) 10280944.4按鍵子程序設(shè)計(jì) 11278805系統(tǒng)測(cè)試 1230475.1軟件調(diào)試 12275505.2實(shí)物調(diào)試 148143結(jié)論 1623925參考文獻(xiàn) 181緒論1.1研究背景及意義在科技信息化逐漸加深的時(shí)代下，各種新型電子技術(shù)推動(dòng)了人類文明的不斷進(jìn)步，通過選擇電信無線網(wǎng)絡(luò)完成對(duì)家用電器智能化設(shè)計(jì)、智能化操控系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)，來幫助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加的靈活，性能更加的穩(wěn)定，安全性更強(qiáng)，已經(jīng)應(yīng)用在家用電器或商用電器設(shè)備中進(jìn)行智能控制，可以達(dá)到無任何距離限制的遠(yuǎn)程遙控。這其中智能插座是智能家居范圍內(nèi)重要的一個(gè)組成部分，它的更新與智能家居行業(yè)的進(jìn)步有著重要的關(guān)系。智能家居的出現(xiàn)要從上個(gè)世紀(jì)說起，在那個(gè)時(shí)候在美國(guó)全國(guó)住宅建筑商協(xié)會(huì)提出了關(guān)于智能家居的想法。對(duì)于智能家居還有其他的說法，比如家庭自動(dòng)化等。當(dāng)前最多的關(guān)于智能家居的意思是：“智能家居選擇住宅作為對(duì)象，同時(shí)具有建筑、無線數(shù)據(jù)傳輸、信息家電以及自動(dòng)控制功能，將系統(tǒng)、顯示、操作、控制集成在一起的簡(jiǎn)捷、方便、可靠、溫度、智能的家居環(huán)境和生活環(huán)境。和傳統(tǒng)的家居進(jìn)行比較，智能家居會(huì)讓人們有更多不一樣的體驗(yàn)：在家居操作上簡(jiǎn)單方便，可以有效的預(yù)防火災(zāi)的出現(xiàn)，也可以在發(fā)生火災(zāi)后做出相應(yīng)的操作進(jìn)行救援，還可以保證家中財(cái)產(chǎn)的安全，對(duì)盜竊行為信息有效的預(yù)防，更復(fù)雜的設(shè)計(jì)可以按照客戶的要求定制化設(shè)計(jì)智能家居，滿足不同場(chǎng)景下客戶的需求；另一方面對(duì)于物業(yè)可以減輕工作量，很多數(shù)據(jù)能夠自動(dòng)采集獲取，比如水費(fèi)、電費(fèi)的使用情況都可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀當(dāng)前在市場(chǎng)上出現(xiàn)的智能插座產(chǎn)品包括向日葵、涂鴉小愛度、鴻雁天、施耐德等等。在這些產(chǎn)品中，向日葵智能插座選中智能化芯片技術(shù)和配套的軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)插座的有效控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)機(jī)，有效的對(duì)能耗進(jìn)行控制，不單單可以達(dá)到節(jié)能的效果，也保證了系統(tǒng)的安全可靠。比如能夠在電器關(guān)機(jī)之后系統(tǒng)能夠?qū)﹄娫催M(jìn)行控制切斷供電，在需要開始使用時(shí)，可以立刻打開供電開關(guān)、通過智能的通斷控制有效的控制能效。由于在不適用電器時(shí)進(jìn)行了斷電操作，所以可以有效的降低電磁波輻射、降低能耗，還可以在下雨天避免雷擊，大大的保護(hù)了系統(tǒng)的安全，提高了系統(tǒng)的壽命。涂鴉小愛度應(yīng)用顯示器來完成和用戶的對(duì)接操作，通過交互完成一些功能的設(shè)定，可以對(duì)多大20個(gè)開關(guān)的定時(shí)時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，可以實(shí)現(xiàn)自定義。1.3本文主要內(nèi)容整個(gè)研究思路有幾個(gè)方面，第一部分需要對(duì)目前所有的相關(guān)產(chǎn)品以及技術(shù)進(jìn)行了解，當(dāng)前的產(chǎn)品有哪些功能，有哪些優(yōu)勢(shì)可以借鑒，有哪些不足需要去補(bǔ)充。經(jīng)過分析之后就可以對(duì)自己設(shè)計(jì)系統(tǒng)有了想法，也順理成章的能夠設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的功能。然后整個(gè)開發(fā)過程的研究思路進(jìn)行梳理，明確接下來的所有工作。第二部分進(jìn)入到真正的關(guān)于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段。首先分析系統(tǒng)需要具有的功能，通過第一部分也清楚系統(tǒng)該具有什么功能。有了功能需要設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的各個(gè)功能的框圖，框圖需要表明各個(gè)功能之間的信號(hào)聯(lián)系。根據(jù)框圖的功能需要進(jìn)行針對(duì)每個(gè)功能的方案選擇，有了方案才能進(jìn)行后續(xù)的設(shè)計(jì)。第三部分在第二部分的基礎(chǔ)上執(zhí)行硬件設(shè)計(jì)，有了方案就明確了器件，只要對(duì)器件的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，了解器件的設(shè)計(jì)方法，就能夠完成硬件設(shè)計(jì)。這部分主要輸出的內(nèi)容包括硬件電路圖和相關(guān)的理論分析。第四部分是軟件設(shè)計(jì)，輸出各個(gè)模塊的功能代碼以及軟件設(shè)計(jì)流程圖。第五部分需要對(duì)第三部分和第四部分進(jìn)行綜合測(cè)試，通過兩部分就完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，但是需要進(jìn)行功能驗(yàn)證，要對(duì)硬件進(jìn)行驗(yàn)證，也要對(duì)軟件進(jìn)行驗(yàn)證，只有兩部分都沒有問題才能實(shí)現(xiàn)要求。測(cè)試成功后整個(gè)項(xiàng)目就完成了，最后做出功能分析。

2整體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)階段需要結(jié)合多種因素，比如是否可以達(dá)到系統(tǒng)指標(biāo)要求，是否滿足資源利用率，是否能夠?qū)崿F(xiàn)基本功能等。在電源方案上盡量現(xiàn)在現(xiàn)成的方案，這樣可以保證供電的可靠性。系統(tǒng)融入單片機(jī)后能夠簡(jiǎn)單快捷的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，而且大大提高了量產(chǎn)效率。系統(tǒng)模塊包括語音識(shí)別、插座控制、按鍵控制。系統(tǒng)通過語音識(shí)別命令，控制插座的開關(guān)，同時(shí)可以手動(dòng)按鍵控制插座開關(guān)。在操作時(shí)需要先說出“小海同學(xué)”使能系統(tǒng)控制，之后說出“插板通電”，從而插座通電。斷電操作需要先說出“小海同學(xué)”使能系統(tǒng)控制，之后說出“插板斷電”，從而插座斷電。系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)如圖2-1所示。圖2-SEQ圖\*ARABIC\s11系統(tǒng)架構(gòu)圖2.2主控制器方案語音識(shí)別無線遙控插座需要主控制器方案，選擇STC89C52單片機(jī)。51系列MCU是市場(chǎng)上最流行的MCU之一，STC89C52芯片是最常用的型號(hào)之一。STC位于STC89C52，是中國(guó)為數(shù)不多的MCU芯片制造商之一占據(jù)巨大的市場(chǎng)份額。因?yàn)镾TC89C52是一個(gè)帶有8位單片機(jī)處理器的單片機(jī)，所以它很容易開發(fā)。MCU可以很好地與8051指令系統(tǒng)兼容，因此開發(fā)人員在掌握了8051內(nèi)核的使用后可以快速開發(fā)STC89C52。因?yàn)?1系列單片機(jī)屬于入門級(jí)，所以它也有非常廣泛的應(yīng)用。STC89C52擁有豐富的IO資源，足以開發(fā)和利用許多項(xiàng)目。作為國(guó)內(nèi)自主開發(fā)的單片機(jī)，使用STC89C52可以讓開發(fā)難度大大的降低，實(shí)現(xiàn)功能控制。它不適合其他控制器，也不為其他控制器所知，并且會(huì)存在很大的不確定性。它還具有成本優(yōu)勢(shì)。與其他產(chǎn)品相比，成本更低。2.3語音識(shí)別方案對(duì)于語音的識(shí)別，其實(shí)現(xiàn)途徑有多種形式，一種方案是由控制器去對(duì)語音信號(hào)做相應(yīng)的處理，對(duì)采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷是否為語音指令，二種方案是通過專用的芯片集成好的語音識(shí)別模塊，第二種方案比第一種識(shí)別的語音更加的穩(wěn)定、準(zhǔn)確，能夠?qū)?duì)于語音信號(hào)的處理完全由模塊內(nèi)的芯片來完成，模塊將處理結(jié)果以通信的方式告知主控就可以實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別功能。所以本設(shè)計(jì)確定采用LD3320語音模塊，這款模塊集成了語音識(shí)別專用的芯片方案，更加方便在語音識(shí)別方面做數(shù)據(jù)處理。這款模塊內(nèi)置的芯片封裝小、成本低，并且有多種封裝樣式，去適配多種產(chǎn)品，芯片一共有外設(shè)引腳48個(gè)，引出的接口有供電端口、通信數(shù)據(jù)傳輸口。在硬件外設(shè)電路上，能夠接收語音信號(hào)的輸入，語音信號(hào)識(shí)別結(jié)果的輸出，語音識(shí)別結(jié)果通過串口通信輸出。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用中，有多種方式對(duì)模塊進(jìn)行使用，比如能夠直接對(duì)模塊進(jìn)行設(shè)置來完成對(duì)模塊內(nèi)部算法的控制，通過算法來得到更加準(zhǔn)確的識(shí)別結(jié)果，通常不需要再對(duì)其配置額外的存儲(chǔ)芯片，節(jié)約了資源成本；芯片為了方便進(jìn)行控制配備了串口通信，這樣主控能夠以串口連接和芯片進(jìn)行對(duì)接來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。3硬件電路設(shè)計(jì)3.1主控制器電路在單片機(jī)開發(fā)入門階段，51單片機(jī)是必須的開發(fā)技術(shù)。它是一種小型單芯片計(jì)算機(jī)，許多開發(fā)人員在開始時(shí)都應(yīng)該了解它。它的數(shù)據(jù)處理寬度為8位。1960年代，設(shè)計(jì)開發(fā)了8位單片機(jī)。各種硬件模塊內(nèi)置于單片機(jī)的設(shè)備中。通過集成硬件單元技術(shù)、讀寫存儲(chǔ)器模塊和外圍設(shè)備，設(shè)計(jì)和開發(fā)引腳和中斷。將任務(wù)流程、計(jì)時(shí)功能、計(jì)數(shù)功能等模塊設(shè)計(jì)在一塊材料中，形成一個(gè)超小、超輕的系統(tǒng)。單片機(jī)是電子技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的單片機(jī)品牌數(shù)量很多，品牌對(duì)應(yīng)的企業(yè)也很多，相同品牌還具有很多系列以及型號(hào)的芯片。在眾多的品牌當(dāng)中國(guó)內(nèi)的STC芯片使用量很多，最廣泛應(yīng)用的51單片機(jī)就是其中之一。芯片內(nèi)可以進(jìn)行多次數(shù)據(jù)擦寫操作，在設(shè)計(jì)階段更加便捷?？梢源鎯?chǔ)在STC89C52單片機(jī)的用戶程序是8K。如果用戶代碼的數(shù)量超過8K，也可以添加外部存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)超過8K的用戶代碼。單片機(jī)的功能非常強(qiáng)大。單片機(jī)具有較強(qiáng)的算法執(zhí)行能力和較快的運(yùn)算速度，能在多種惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作。STC89C52擁有低成本和低開發(fā)周期成本，這也是許多工程師將其系統(tǒng)化的原因。因此，我們可以從許多產(chǎn)品中看出，我們選擇這種單片機(jī)作為技術(shù)方案。因此，就成本、性能和開發(fā)難度而言，STC89C52是一個(gè)非常有利的技術(shù)方案。使用數(shù)據(jù)處理寬度為8位、由國(guó)內(nèi)自助設(shè)計(jì)而成的STC89單片機(jī)。因?yàn)閮?nèi)部設(shè)計(jì)了FLASH等多種類型的存儲(chǔ)模塊，用戶設(shè)計(jì)的軟件只要寫入存儲(chǔ)模塊可以長(zhǎng)期保存。軟件設(shè)計(jì)集成了MCS－51指令集，開發(fā)難度小。在軟件設(shè)計(jì)工具上，STC除了能夠使用C語言之外，還可以使用KEIL、IAR等多種工具開發(fā)，所以能夠更方便的讓工程師進(jìn)行開發(fā)。對(duì)于事件的處理，芯片還可以使用中斷功能。軟件植入芯片方法多樣，包括ISP植入、串口植入以及仿真器植入。為了保護(hù)產(chǎn)品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，芯片還對(duì)植入的軟件進(jìn)行了保護(hù)，避免他人獲取。另外芯片的執(zhí)行速度可使用12M晶體振蕩器。對(duì)于大多數(shù)的產(chǎn)品來講，1微妙的執(zhí)行速度完全可以實(shí)現(xiàn)功能要求。在經(jīng)濟(jì)效益方面也可以帶來很多優(yōu)勢(shì)，包括投資費(fèi)用小、穩(wěn)定性高、使用于多種小家電產(chǎn)品中。如圖3-1為STC89C52引腳圖。圖3-1STC89C52引腳圖復(fù)位電路的設(shè)計(jì)需要查閱單片機(jī)的手冊(cè)，任何一款單片機(jī)官方都會(huì)有詳細(xì)的說明。查閱復(fù)位電路部分，設(shè)計(jì)STC89C52對(duì)應(yīng)的復(fù)位電路。系統(tǒng)的重新啟動(dòng)的實(shí)現(xiàn)有多種方法，因此復(fù)位有多種類型，包括外部信號(hào)、軟件內(nèi)部、上電重啟、掉電重啟、看門狗設(shè)置、冷重啟復(fù)位和熱重啟復(fù)位。那么重啟復(fù)位電路屬于外部信號(hào)控制，只要滿足外部復(fù)位的調(diào)節(jié)即可。首先外部復(fù)位信號(hào)由微處理器的9號(hào)接口接收，此接口是專用的復(fù)位信號(hào)接收端口，復(fù)位操作是由一個(gè)時(shí)間大于24個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期長(zhǎng)度的高電平實(shí)現(xiàn)，只要單片機(jī)9腳輸入了時(shí)間大于24個(gè)時(shí)鐘周期的高電平就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位動(dòng)作。一旦復(fù)位引腳輸入了低電平，單片機(jī)恢復(fù)執(zhí)行功能，執(zhí)行用戶代碼。在硬件設(shè)計(jì)中使用按鍵實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作復(fù)位，電路也集合了上電復(fù)位功能。復(fù)位電路的結(jié)構(gòu)包括手動(dòng)按鍵、電阻、電容。從官方的文檔中了解到各個(gè)器件的參數(shù)，電容要求為10uF，電阻要求為10k。下面分析下上電復(fù)位實(shí)現(xiàn)的機(jī)制，在系統(tǒng)電源開關(guān)閉合的時(shí)刻，由于短暫的交流現(xiàn)象，復(fù)位的電路中的電容是導(dǎo)通狀態(tài)，輸入到復(fù)位9腳的信號(hào)為高電平，隨著通電時(shí)間的延長(zhǎng)，電容會(huì)不斷的充電，直到電容充滿電后，電容就處于斷路狀態(tài)，進(jìn)入到復(fù)位9號(hào)接口的信號(hào)為低信號(hào)，單片機(jī)開始工作。手動(dòng)操作復(fù)位動(dòng)作時(shí)，按鍵按下后為電容提供一個(gè)回路，電容開始放電，會(huì)拉高復(fù)位9腳端口的電平，實(shí)現(xiàn)復(fù)位動(dòng)作。這就是上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位機(jī)制。圖3-2時(shí)鐘電路單片機(jī)另外一個(gè)重要的部分是晶振電路，這部分的設(shè)計(jì)方法同樣在官方的手冊(cè)中是有說明的?？梢哉f晶振是比復(fù)位更重要的部分，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的運(yùn)行時(shí)時(shí)刻刻都需要晶振電路。晶振的作用是為系統(tǒng)帶來運(yùn)行代碼的基準(zhǔn)脈沖，單片機(jī)運(yùn)行每一句、每一行代碼都是以晶振電路脈沖為基準(zhǔn)的。單片機(jī)運(yùn)行完一句后什么時(shí)候運(yùn)行下一句代碼，這個(gè)時(shí)間就是由晶振電路決定。所以晶振電路輸出的脈沖頻率就是單片機(jī)運(yùn)行代碼的速度。所以通常說的微處理器運(yùn)行速度快慢看的就是單片機(jī)的基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率。晶振電路輸出的脈沖進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)按照這個(gè)脈沖運(yùn)行。那么晶振電路是符合設(shè)計(jì)的，在手冊(cè)中理解到使用的是無源晶振，這種器件必須匹配相應(yīng)的電容才可以輸出脈沖信號(hào)，電容參數(shù)數(shù)據(jù)為20到50pf，在通電后，在電容的作用下，晶振輸出一定頻率的脈沖。同時(shí)手冊(cè)中對(duì)于晶振電路的布局有一定的要求，由于輸出信號(hào)不能受到干擾，因此電路的走線和單片機(jī)輸入端口距離越近越好，這樣會(huì)避免在信號(hào)行走過程中受到干擾，保證單片機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，也是可靠的確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作。圖3-3復(fù)位電路3.2語音識(shí)別電路通過把麥克風(fēng)、語音芯片和單片機(jī)進(jìn)行組裝而成我們的語音識(shí)別模塊。已知我們芯片是選擇了型號(hào)為L(zhǎng)D3320的芯片，而且選擇了51單片機(jī)。其中單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)核心的處理器，所有的語音收集和信息處理都是被單片機(jī)所操控的，而且最后還得把經(jīng)過篩選后最合適的信號(hào)通過串口的方式傳送到單片機(jī)中。通過下圖的電路可以得知，電源的正負(fù)極將會(huì)和GND與VCC相互連接，其中兩個(gè)管腳就負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸工作，然后與單片機(jī)中P30-P31管腳進(jìn)行連接，最后經(jīng)過語音模塊識(shí)別之后所產(chǎn)生出的高電平就會(huì)被傳送回單片機(jī)里去，讓單片機(jī)去識(shí)別并執(zhí)行指令。其電路結(jié)構(gòu)如圖3-4所示，除了電源供電引腳以外，最重要的兩個(gè)接口為RXD和TXD，這兩個(gè)接口由主控的PA2和PA3來控制，主控通過這兩個(gè)接口來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。圖3-4語音識(shí)別電路3.3插座開關(guān)電路插座開關(guān)通過繼電器進(jìn)行控制，繼電器是一種利用電磁動(dòng)力實(shí)心開關(guān)閉合的器件。繼電器的通過電壓和電流很大，因此可以幫助系統(tǒng)的主控控制高壓、高電流系統(tǒng)的通斷。而且開關(guān)的通斷頻率高，可以滿足多種系統(tǒng)使用要求。也可以對(duì)系統(tǒng)起到保護(hù)作用，使得低高壓被隔離，大大保護(hù)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。主控能夠通過高低電平的輸出控制繼電器的通斷，進(jìn)而對(duì)水泵的灌溉與否進(jìn)行控制。實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤濕度的控制。應(yīng)用繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的控制，通過主控對(duì)繼電器的電磁控制端進(jìn)行控制，控制繼電器的線圈是否通電進(jìn)而控制及繼電器的開關(guān)。主控的IO接口可以簡(jiǎn)單的對(duì)繼電器的開關(guān)進(jìn)行控制。因此這種器件在對(duì)自動(dòng)化設(shè)備控制上應(yīng)用很多。插座開關(guān)控制電路如圖3-5所示。圖3-5插座開關(guān)電路圖3.4按鍵電路在系統(tǒng)功能中需要融入按鍵實(shí)現(xiàn)一些功能的操作。有了按鍵讓系統(tǒng)的功能靈活的進(jìn)行設(shè)置。按鍵的作用可以將人工操作的動(dòng)作傳入到按鍵的內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)械結(jié)構(gòu)連接有相關(guān)的線路，這樣從人工操作到機(jī)械動(dòng)作到電信號(hào)，單片機(jī)利用這個(gè)電信號(hào)可以判斷機(jī)械動(dòng)作的操作的結(jié)果，也就是判斷人工操作的結(jié)果，就可以判斷按鍵是否按下。系統(tǒng)使用獨(dú)立按鍵進(jìn)行功能的設(shè)置，應(yīng)用單片機(jī)默認(rèn)輸出高電平的特點(diǎn)，將按鍵的動(dòng)作信號(hào)設(shè)置為低電平，因此按鍵開關(guān)的一端連接低電平，按鍵開關(guān)的另一個(gè)端點(diǎn)接單片機(jī)接口。在沒有人工操作時(shí)，按鍵開關(guān)處理斷開狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)判斷的結(jié)果是默認(rèn)的高電平，因此表示沒有任何操作。在有人工操作時(shí)，按鍵開關(guān)處理閉合狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)判斷的結(jié)果是默認(rèn)的低電平，因此表示有人工操作。系統(tǒng)只需要一個(gè)按鍵對(duì)插座的通斷進(jìn)行控制，由主控的P1.0控制。電路如圖所示。圖3-6按鍵電路圖4軟件程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分主要針對(duì)主控的軟件編程進(jìn)行設(shè)計(jì)。編程語言選擇C語言為系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。C語言是目前單片機(jī)開發(fā)中主流的軟件設(shè)計(jì)方案。C語言也是眾多工程師必須學(xué)習(xí)的一種軟件編程工具，因?yàn)樗鳛樽罨A(chǔ)、最流行的語言，也是學(xué)習(xí)其他語言的基礎(chǔ)。掌握了C語言對(duì)于學(xué)習(xí)其他語言會(huì)有很大的幫助。C語言的使用簡(jiǎn)單快捷，所有的軟件設(shè)計(jì)都是圍繞32個(gè)關(guān)鍵詞進(jìn)行的，因此很容易就能夠上手進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)。C語言的執(zhí)行速度快、效率高，支持多種開發(fā)平臺(tái)，這也是C語言非常收歡迎的一項(xiàng)重要原因。開發(fā)環(huán)境使用的是Keil，應(yīng)用這款開發(fā)環(huán)境對(duì)編寫好的C語音程序進(jìn)行編譯。Keil作為一款同樣主流的開發(fā)工具，可以支持大量的器件實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)。Keil可以幫助開發(fā)者快速完成軟件設(shè)計(jì)，Keil能夠幫助開發(fā)者檢查C語言設(shè)計(jì)語法錯(cuò)誤，大大提高了開發(fā)速度，降低了開發(fā)難度，也使得軟件設(shè)計(jì)更加的簡(jiǎn)單。通過Keil不斷的進(jìn)行編譯，直到軟件沒有任何錯(cuò)誤，最終得到主控的燒錄文件，軟件設(shè)計(jì)就完成了。4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)首先對(duì)語音識(shí)別接口、插座控制接口、按鍵控制接口進(jìn)行初始化。系統(tǒng)通過語音識(shí)別命令，控制插座的開關(guān)，同時(shí)可以手動(dòng)按鍵控制插座開關(guān)。系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖4-1所示。圖4-1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖4.2語音識(shí)別子程序設(shè)計(jì)語音識(shí)別通信的軟件設(shè)計(jì)需要單片機(jī)來完成，單片機(jī)主要通過串口向語音識(shí)別模塊輸入相應(yīng)的AT指令對(duì)模塊進(jìn)行功能控制。要實(shí)現(xiàn)串口需要確定串口數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，也就是波特率。還需要確定串口數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈粩?shù)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中確定以9600波特率以及8位數(shù)據(jù)位去設(shè)置好串口。在進(jìn)行AT指令使用時(shí)，需要先發(fā)送AT進(jìn)行測(cè)試，如果語音識(shí)別模塊反回OK，則表示模塊可以進(jìn)行控制，否則需要繼續(xù)進(jìn)行AT指令測(cè)試。語音識(shí)別模塊的串口參數(shù)也是需要設(shè)置的，需要設(shè)置和單片機(jī)一致即可，是否設(shè)置成功可以通過PC端的串口助手進(jìn)行驗(yàn)證。先設(shè)置語音識(shí)別模塊進(jìn)入到路由模式，設(shè)置后必須重啟模塊才可以生效設(shè)置。啟動(dòng)WiFi通信后就完成了語音識(shí)別模塊的配置，進(jìn)入到連接數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。語音識(shí)別軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖4-2所示。圖4-2語音識(shí)別軟件設(shè)計(jì)流程圖4.3插座控制子程序設(shè)計(jì)插座通斷電控制通過繼電器的開關(guān)控制實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)的P2.2接口控制繼電器驅(qū)動(dòng)三極管。如果系統(tǒng)識(shí)別的插座通電命令，單片機(jī)P2.2輸出低電平，繼電器閉合，插座通電。如果系統(tǒng)識(shí)別的插座斷電命令，單片機(jī)P2.2輸出高電平，繼電器閉合，插座通電。插座控制子程序設(shè)計(jì)如圖4-3所示。圖4-3插座控制子程序設(shè)計(jì)流程圖4.4按鍵子程序設(shè)計(jì)按鍵使用的是獨(dú)立按鍵，在對(duì)按鍵軟件設(shè)計(jì)時(shí)，需要完成按鍵的掃描。按鍵掃描基本上是大部分產(chǎn)品需要的功能，因?yàn)樗梢詫⑼獠繀?shù)輸入到系統(tǒng)，便于用戶對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模式選擇或者功能控制。按鍵都需要用戶操作完成信號(hào)的輸入，系統(tǒng)選擇的獨(dú)立按鍵是沒有任何編碼的方案，只有主控識(shí)別到按鍵動(dòng)作后加入相應(yīng)的操作后才有實(shí)際意義。獨(dú)立按鍵在軟件設(shè)計(jì)上核心的問題是消除按鍵抖動(dòng)。按鍵會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)是因?yàn)闄C(jī)械動(dòng)作的頻繁接觸出現(xiàn)按鍵輸出信號(hào)的波動(dòng)，形成了抖動(dòng)結(jié)果。出現(xiàn)抖動(dòng)會(huì)讓主控出現(xiàn)隨著抖動(dòng)頻率的按鍵識(shí)別次數(shù)，這樣會(huì)讓系統(tǒng)誤以為是用戶進(jìn)行了多次按鍵操作。為了消除按鍵抖動(dòng)，需要在主控首次識(shí)別到有效的按鍵信號(hào)后，進(jìn)行短暫的延時(shí)，這個(gè)延時(shí)用于過濾掉按鍵的抖動(dòng)，保證按鍵的抖動(dòng)過去后，主控再次判斷按鍵信號(hào)是否有效。如果按鍵的信號(hào)仍然有效，則表示用戶按下了按鍵。從圖4.4來對(duì)按鍵程序的框圖進(jìn)行一定程度上的了解。圖4-4按鍵掃描軟件設(shè)計(jì)流程圖5系統(tǒng)測(cè)試5.1軟件調(diào)試在測(cè)試階段，要對(duì)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行逐一測(cè)試，看是否完成了相應(yīng)的功能。測(cè)試方法為先對(duì)軟件進(jìn)行測(cè)試，在軟件開發(fā)階段，使用的Keil開發(fā)工具就能夠完成對(duì)軟件的基本測(cè)試。Keil可以完成對(duì)軟件代碼的語法錯(cuò)誤查找，不需要特意關(guān)注語法內(nèi)容，只需要將注意力集中在軟件功能實(shí)現(xiàn)上，語法的問題交給Keil來解決。經(jīng)過Keil測(cè)試完成軟件設(shè)計(jì)最基本的編寫工作。接下來就可以將代碼文件燒寫到主控芯片中進(jìn)行測(cè)試，這個(gè)階段需要硬件的配合，通過軟件的燒寫觀察功能是否實(shí)現(xiàn)。如果有功能問題可以使用Keil在線調(diào)試功能，可以對(duì)軟件代碼進(jìn)行單步測(cè)試，能夠找到具體是哪一段或者哪一行的代碼有問題，進(jìn)而解決設(shè)計(jì)中的問題。也可以對(duì)程序的運(yùn)行設(shè)置斷點(diǎn)，在有問題的代碼段，這是一個(gè)斷點(diǎn)，程序運(yùn)行到斷點(diǎn)出停止，可以有針對(duì)性的觀察效果，有效的幫助開發(fā)者解決軟件中的問題。在編寫代碼上Keil完全適合此系統(tǒng)的開發(fā)。Keil對(duì)C語言編寫的程序進(jìn)行編譯。Keil支持多種調(diào)試方案，大大提高開發(fā)效率，這也是很多工程師喜歡使用Keil的一大主要因素。Keil可以完成對(duì)系統(tǒng)軟件功能的設(shè)計(jì)，Keil的使用方法簡(jiǎn)單，創(chuàng)建項(xiàng)目工程后就可以開始進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)了。這也能保證能夠快速的進(jìn)入開發(fā)階段，不需要投入時(shí)間在軟件的使用方法上。在編程上使用模塊模式進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，這樣有利于在對(duì)代碼做管理，出現(xiàn)問題可以快速定位。。Keil可以完成對(duì)系統(tǒng)軟件功能的設(shè)計(jì)，Keil的使用方法簡(jiǎn)單，創(chuàng)建項(xiàng)目工程后就可以開始進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)了。這也能保證能夠快速的進(jìn)入開發(fā)階段，不需要投入時(shí)間在軟件的使用方法上。在編程上使用模塊模式進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，這樣有利于在對(duì)代碼做管理，出現(xiàn)問題可以快速定位。圖5-1Keil啟動(dòng)調(diào)試界面打開項(xiàng)目工程后，選擇菜單進(jìn)入調(diào)試界面進(jìn)行調(diào)試。選擇“Debug”→"Start/StopDebugSession"就可以進(jìn)入調(diào)試功能。進(jìn)入到調(diào)試界面后，可以看到左側(cè)有對(duì)寄存器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的界面，可以在程序運(yùn)行時(shí)觀察寄存器的實(shí)時(shí)變化狀態(tài)。同時(shí)還有代碼斷點(diǎn)的設(shè)置，對(duì)代碼的運(yùn)行進(jìn)行單步點(diǎn)擊運(yùn)行操作，方便觀察各個(gè)參數(shù)的變化。接下來可以對(duì)部分變量進(jìn)行監(jiān)控，需要調(diào)節(jié)被監(jiān)控的變量。選擇“View”→"WatchWindow"就可以進(jìn)入監(jiān)控設(shè)置界面。調(diào)出Watch界面后，在此界面就可以設(shè)置被監(jiān)控的變量或者參數(shù)。雙擊Name就可以設(shè)置要監(jiān)控的變量，輸入變量名稱就可以監(jiān)控變量的動(dòng)態(tài)變化。測(cè)試情況如圖5-2所示。圖5-2軟件測(cè)試在進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)開發(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KeiluVision工具來對(duì)其進(jìn)行調(diào)試。一般單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)都會(huì)使用到Keil開發(fā)軟件，通過其所提供的工具來進(jìn)行編碼、翻譯、編寫以及調(diào)試等，只有在一些列的調(diào)試都沒有問題后才能將相關(guān)文件下載并復(fù)制到單片機(jī)的系統(tǒng)電路當(dāng)中，最終完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試。本文源程序代碼調(diào)試過程中有幾處警告，經(jīng)過查找原因后將警告信息解決掉。在進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，借助于該工具所提供的斷點(diǎn)調(diào)試可以在很大程度上降低工作的難度，在源代碼中很容易就能找出存在的BUG。5.2實(shí)物調(diào)試在完成了方案、硬件、軟件設(shè)計(jì)后，就可以進(jìn)行測(cè)試了。依據(jù)設(shè)計(jì)好的電路采購所有的器件，便于進(jìn)行實(shí)物組裝。這里要注意器件的采購不能只有一套，常用的器件需要多采購一些，核心器件需要有備份，避免在實(shí)物組裝時(shí)，有的器件出現(xiàn)損壞，這樣可以進(jìn)行更換，這樣是避免浪費(fèi)時(shí)間的重要一點(diǎn)。接下來需要一些實(shí)物組裝需要的工具。實(shí)物焊接需要用到烙鐵、鑷子、焊錫絲，烙鐵需要質(zhì)量好一些的，能夠快速升溫便于焊接。錫絲需要粗一些的，太細(xì)不方便進(jìn)行焊接。另外焊接過程中，和焊接后，需要進(jìn)行測(cè)試，這里要用到的儀器是萬用表，可以測(cè)量電路是否導(dǎo)通。在進(jìn)行實(shí)物焊接時(shí)，沒焊接一條線路需要用萬用表測(cè)量是否焊接導(dǎo)通，否則在全部焊接完成后，再去測(cè)量會(huì)很復(fù)雜，很容易出現(xiàn)返工，所以需要一步步進(jìn)行制作。在焊接時(shí)烙鐵的問題也不能太高，否則會(huì)損壞器件。用烙鐵焊接時(shí)，烙鐵焊接的時(shí)間長(zhǎng)短也有要求，需要在短時(shí)間內(nèi)完成焊接操作，如果長(zhǎng)時(shí)間停留也會(huì)對(duì)器件造成損傷。焊接完成后進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量合格后方可進(jìn)行接下來的焊接工作。設(shè)計(jì)如圖5-3所示。圖5-3系統(tǒng)實(shí)物組裝圖在實(shí)物組裝后就可以做功能測(cè)試。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)需要先測(cè)量，必須要確保需要連接的線路已經(jīng)連通，各個(gè)線路之間沒有出現(xiàn)連接，這里主要使用萬用表的導(dǎo)通功能進(jìn)行測(cè)試。其實(shí)主要是保證線路該連接的地方?jīng)]有出現(xiàn)虛焊，該不連接的地方?jīng)]有短路。測(cè)試完成后，在給系統(tǒng)通電之前，先測(cè)量一下電源有沒有短路情況出現(xiàn)，無短路現(xiàn)象后方可打開電源開關(guān)對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行逐一測(cè)試。系統(tǒng)上電后，需要觀察各個(gè)部分是否正常。如果有異常情況出現(xiàn)，需要立即關(guān)閉系統(tǒng)供電電源，再次進(jìn)行測(cè)量。上電后出現(xiàn)的異常情況可能有器件燒壞、器件冒煙，這是因?yàn)槿绻霈F(xiàn)短路會(huì)造成某些部分出現(xiàn)過熱，很可能會(huì)導(dǎo)致器件燒壞。在操作時(shí)需要先說出“小海同學(xué)”使能系統(tǒng)控制，之后說出“插板通電”，插座通電，連接電腦電源通電。系統(tǒng)插座通電上電測(cè)試如圖5-4所示。圖5-4系統(tǒng)插座通電上電測(cè)試圖測(cè)試數(shù)據(jù)如表5-1所示，經(jīng)過測(cè)試，語音識(shí)別延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短可以接受，能夠及時(shí)的對(duì)語音命令進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別后可以實(shí)現(xiàn)插座通電控制。表5-1系統(tǒng)插座通電上電測(cè)試數(shù)據(jù)表序號(hào)測(cè)試功能是否成功語音延時(shí)（秒）1插座通電是1秒2插座通電是0.5秒3插座通電是0.5秒4插座通電是1秒5插座通電是0.5秒斷電操作需要先說出“小海同學(xué)”使能系統(tǒng)控制，之后說出“插板斷電”，插座斷電，電腦電源關(guān)閉。系統(tǒng)插座通電上電測(cè)試如圖5-5所示。圖5-5系統(tǒng)插座斷電上電測(cè)試圖測(cè)試數(shù)據(jù)如表5-2所示，經(jīng)過測(cè)試，插座斷電語音識(shí)別延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短可以接受，能夠及時(shí)的對(duì)語音命令進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別后可以實(shí)現(xiàn)插座斷電控制。表5-2系統(tǒng)插座斷電上電測(cè)試數(shù)據(jù)表序號(hào)測(cè)試功能是否成功語音延時(shí)（秒）1插座斷電是0.5秒2插座斷電是0.5秒3插座斷電是1秒4插座斷電是1秒5插座斷電是0.5秒結(jié)論智能插座是智能家居范圍內(nèi)重要的一個(gè)組成部分，它的更新與智能家居行業(yè)的進(jìn)步有著重要的關(guān)系。在本次設(shè)計(jì)中，對(duì)智能插座進(jìn)行了功能性的升級(jí)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了語音識(shí)別無線遙控插座系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)，主要是從智能插座的語音識(shí)別功能、插座控制功能、按鍵控制、插座開關(guān)等幾個(gè)方面來介紹。通過語音識(shí)別技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)插座的開關(guān)控制。智能插座方面選擇LD3320語音模塊、STC89C52單片機(jī)、按鍵、插座繼電器開關(guān)來完成對(duì)插座的控制。采用STC公司的STC89C52驅(qū)動(dòng)LD3320語音模塊的硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)結(jié)合的方法來完成語音識(shí)別控制智能插座。至此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要完成了以下幾項(xiàng)工作。識(shí)別語音命令小海同學(xué)”、“插板通電”、“插板斷電”；按鍵控制插座的開關(guān)；語音識(shí)別成功自動(dòng)控制插座繼電器的開關(guān)。本次設(shè)計(jì)對(duì)于今后有很大的幫助，是一次真正的系統(tǒng)開發(fā)。經(jīng)過測(cè)試系統(tǒng)雖然實(shí)現(xiàn)了功能，但是也有一些需要改進(jìn)的地方，一些功能可以設(shè)計(jì)的更加合理，更加完善。比如在主控方案上可以選擇成本更低的芯片，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的功能不多，不需要那么高配置的芯片，這也可以大大降低產(chǎn)品的成本，對(duì)于后期的量產(chǎn)也有很大的幫助。其次可以將系統(tǒng)集成化，將所有的電路集成在同一塊PCB上，形成一個(gè)真正的產(chǎn)品。而且可以制作一個(gè)外殼，讓整個(gè)作品更加的完整。

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