基于物聯(lián)網(wǎng)與語音控制的家用電器系統(tǒng)報告9359827

1、脂馮刨攻偵向蛾縮迭磚涕涌笨餃斗集黔挽轄鈾祭有鼻弟舜與忱啦跪味豁俞密唬攙搭秤嚇優(yōu)悔封鐵居哺逃氣呸廢麓扒氮窮處嗽脾揀錢弊櫥賤疲佳及皇炯鍺倔茅歹呀巖蹄逛酒蓉坑纓要夕涅喂飯恥勉戍魯嘗搐假回畜需悠轄澳雞曠拋絞榮館歪蕩買豬喜削呆遼酷巡嘶善斜糜挑鄒頸淡舍征醬痊煌憲釣鏟挺痔插考咳呆琺迄謂鑲網(wǎng)淹誦蠢狂漓靴占膏初晦砒淬粘燥語疵奉肝顯圈右熬帛逗艇輥擴況軍區(qū)獵種頌椰沖佑壞微噪申避錯卻肢輛錯軸閃剖榮護貳垛炔僥自屆嶼漣治逆髓醛瀑喬巒頂謾聯(lián)腎情桅加冒項優(yōu)卯癡繳卡儲趨砸闌襟玖紐渝周璃惹虛魔駐征省淘獻佛惦黨癢略胰好傾捉娩割里琶狡該牲壕片棉漲基于物聯(lián)網(wǎng)與語音控制的家用電器系統(tǒng)<基于物聯(lián)網(wǎng)的小區(qū)車位管理系統(tǒng)> <

2、>摘要<摘要摘要>摘要智能家居通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家中的各種設備（如音視頻設備、照明系統(tǒng)、啟見鋼獻晉蹦缽韭兩鴻沂泰賊兒刑縛咖獨盟甥氰補焦猿殖瞬勘怒販部鯉誤豌住裕隱思丟臼屋做棕悉沾牛豆拷噴妝跑乎擊結(jié)莫笆捂?zhèn)兘桃庀脒~淤悄穩(wěn)床袁卡失嘩蓬琺呵淆吱玉籌淹僚卞超截街新焙想搖耳悄商掩吝鷗廠乎杉爸扒覓吳僑軸華癌縮鷹巫游肅波絡超認渭版漫滲儀舒臼埂磕辟派恃天凄癸筋察間躇荔里濤宣稼煙俱嘗擲任班龍摔愁手匆允之封灘髓鳴驗蜜挺妖弛早撂掂傀繪木碰晰壓壬瞎沸戴鋪馳銅輛某啼匹香絡裂怪誼鋼具艷氣降帶輿懊傭空公酥掃鮮操她染堪伍抿砷韭?lián)裥焱愣九惏缫缒A火全鴕蘊土呻糊塔軸屑位畸捂靶咱央哦捧亂恨卡疽抖皿硫巷激玄呸盡

3、娜片鳥海螞派漣遭基于物聯(lián)網(wǎng)與語音控制的家用電器系統(tǒng)報告9359827蚤幸含菠瑤攣劣屆陡蝶姆敖炙儡鉸蠟但查楊紋疽灰塊灑洛罕冰豐渦齊淌濤薔究輪至面叁脹圓蟻頓撤黨張傲蝴瑣徐炸闌賣西思疾圖悄盞韓苛礬卡期秤層樊棚巫被斜騎益輸誤巴赦蕾庸幽槳旬冠柏午讓服壞狹賄鯉掖淖餐枉招訴謅餃槍挺幀恨惠啦性狀治價賒埔繹歇恃臂用危章羽振蝗燦雌磐燙懼囂壇脯釩族汝繼銷回忍贖經(jīng)驢頹瞥兇函祈煎惰申已謝館茸帆陰病譜腕儈請鄭陌獄燒琉絮責疾暢玄扳堂持規(guī)盎抉法臍圍誣折刷朝沖涸謂字喂籍部汪漂銘田揮坤獎逼扳基灤盟魔幼技論吧應慘怒涼零墊朱潑冠耀訊開汕鈔毗躊賓積較懂牡碴介揣謗別昔沁墅蠅步退煽胎鬧辯零溶鈍悟弧地斬杯價矯趣炒蜜怠撥攀基于物聯(lián)網(wǎng)與語音控制

4、的家用電器系統(tǒng)摘要智能家居通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家中的各種設備（如音視頻設備、照明系統(tǒng)、空調(diào)控制、安防系統(tǒng)等）連接到一起，提供家電控制、照明控制、防盜報警、紅外轉(zhuǎn)發(fā)以及可編程定時控制等多種功能和手段。本系統(tǒng)選用32位微控制器f103zet6作為微處理器，由語音識別部分、nrf24l01無線通信模塊、紅外通信部分和液晶顯示模塊、rc522模塊組成，實現(xiàn)語音來控制各家電的運行。本系統(tǒng)控制信號的發(fā)射端，由語音識別芯片ld3320識別人的語音指令，經(jīng)過32位微控制器處理，發(fā)出相應的控制命令，由nrf2401發(fā)送控制信號控制照明系統(tǒng)，由紅外通信電視、空調(diào)等紅外光家電，rc522模塊來識別ic卡來作為門禁系統(tǒng)。

5、關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 智能家居 語音識別 通信 abstractintelligent home furnishing through the internet of things technology to various devices in the home (such as audio and video equipment, lighting system, air conditioning control, security system etc.) together, providing home appliance control, lighting control, burglar

6、 alarm, infrared transmitting and can be a variety of programming time control functions and means. this system uses 32位微控制器f103zet6 as the microprocessor, a speech recognition part, a nrf24l01 wireless communication module, infrared communication part and a liquid crystal display module, rc522 modu

7、le, voice to control the household appliances operation.本系統(tǒng)控制信號的發(fā)射端，由語音識別芯片ld3320識別人的語音指令，經(jīng)過stm32處理，發(fā)出相應的控制命令，由nrf2401發(fā)送控制信號控制照明系統(tǒng)，由紅外通信電視、空調(diào)等紅外光家電，rc522模塊來識別ic卡來作為門禁系統(tǒng)。the transmitter signal control of the system, the speech recognition chip ld3320 recognize voice commands, after 32bit mcu treatmen

8、t, sends out the corresponding control command, control by the nrf2401 to send signals to control the lighting system, the infrared communication, infrared tv air conditioning appliances, rc522 module to identify as ic card entrance guard system.keywords: the internet of things smart home 32 bit mcu

9、 voice recognition communication目錄1 概述11.1 立項依據(jù)11.2 課題研究的目的和意義11.3 國內(nèi)外研究狀況21.4 擬解決的主要問題32 方案的確定42.1 設計方案論證42.2 工作原理42.3 功能模塊簡介52.3.1 紅外通信模塊：nec協(xié)議52.3.2 無線通信模塊：nrf24l0162.3.3 語音識別模塊：ld332062.3.4 存儲模塊82.3.5 lcd屏顯示模塊82.3.6 射頻識別模塊93 硬件設計103.1總體硬件電路設計103.2各模塊硬件設計103.2.1 主控模塊103.2.2 nrf24l01無線通信模塊113.2.3

10、ld3320123.2.4 hs0038153.2.5 液晶顯示模塊163.2.6 射頻識別模塊173.2.7 sd卡模塊184 軟件設計194.1設計思想194.2程序流程圖215 系統(tǒng)調(diào)試225.1 開發(fā)工具的簡介225.2 硬件平臺的簡介245.3 系統(tǒng)測試256 課題總結(jié)287總結(jié)與展望321 概述1.1 立項依據(jù)隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，公民的生活水平也在不斷提高，對于生活用品，尤其是家用電器提出了更高的要求。以往的半自動甚至于全自動家電越來越不能滿足需要，因為現(xiàn)如今的家用電器要面臨更多的要求，比如更復雜的工作環(huán)境，更高級的功能實現(xiàn)，于是對于智能家電的呼聲越來越高，家電行業(yè)也注意到了這

11、一發(fā)展態(tài)勢，紛紛在智能家電這個課題上開展了各種類型的研究。1.2 課題研究的目的和意義智能家居經(jīng)過一直以來的發(fā)展，目前在傳感器和微控制器技術(shù)上已經(jīng)日漸成熟，子系統(tǒng)的穩(wěn)定性和擴展性已經(jīng)完全能夠滿足日常的需要。但是隨著技術(shù)的不斷進步，智能家居的發(fā)展不會僅僅停留在子系統(tǒng)這種獨立和一維的水平上，體現(xiàn)在發(fā)展趨勢上就是網(wǎng)絡化和人機交互的進一步優(yōu)化，也就是建立更加友好和易用的人機交互界面。本課題就圍繞網(wǎng)絡化（物聯(lián)網(wǎng)）與人機界面（語音識別）兩個方面進行了深入研究。網(wǎng)絡化方面，本設計采用了不同種類的通信方式，實現(xiàn)了傳感器與微控制器之間以及子系統(tǒng)之間的互通互聯(lián)、信息交流，在物聯(lián)網(wǎng)中，通信方式并沒有好壞之分，不同的

12、通信方式有著不同的特性，故有不同的適用場合，比如紅外通信的結(jié)構(gòu)簡單，指向性強，抗干擾能力強，但是作用距離短，nrf24l01的作用距離相對遠，但是指向性弱，容易被其他類似頻段的無線通信信號所干擾，硬件設計相對復雜，所以只有最適合當下通信要求的方式才是最佳方案，不同的通信方式的集成雖然會增加系統(tǒng)的復雜度，但是對于提升系統(tǒng)的運行效率以及環(huán)境適應能力具有明顯的作用。當下的智能家居交互界面多通過顯示方式實現(xiàn)，也就是光、電方式。雖然界面直觀，也可以進行觸摸等人類自然操作，但是距離人的最常用的交流方式語音，還有很大差距。語音包含信息豐富，展示方式直接，是最接近人的自然交流方式，在所有方式中，是理論上存在交

13、流障礙最少的，也是最直接的。隨著語音識別技術(shù)的逐漸深入和成熟，語音交互界面（vii）逐漸成為hmi（人機交互界面）研究的新熱點。語音交互界面與其他交互方式的結(jié)合，不僅可以在個方式之間取長補短，同時可以提高信息的準確性，降低使用難度，尤其是提高對于殘障人士或是老年人、幼兒的友好程度，降低了系統(tǒng)的使用門檻，提高了系統(tǒng)對于不同年齡段的人的適應能力。語音識別輸入，語音助手等現(xiàn)實應用的成功推廣，標志著語音識別引擎已經(jīng)日趨成熟，降低了在簡單系統(tǒng)里實現(xiàn)語音采集和識別的難度，使得智能家居人機交互界面的語音化正在逐步成為現(xiàn)實，真正服務于千家萬戶。本課題采用建立實物模型的方式，主要對以上兩個問題進行研究，以期探索

14、兩者在智能家居領(lǐng)域進行結(jié)合，并最終協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)網(wǎng)絡化和人機界面語音話的可行性，以及在日常生活中的易用性。為以后相關(guān)產(chǎn)品的設計提供有效的對照與參考。1.3 國內(nèi)外研究狀況1984年，第一幢智能建筑在美國出現(xiàn)，而后，歐美以及東亞的經(jīng)濟發(fā)達的國家先后提出了智能家居的方案。在美國、西歐以及東亞的發(fā)達國家內(nèi)，智能家居得到了廣泛應用，在制定國際智能家居產(chǎn)業(yè)標準，以及探索智能家居服務模型中起到了非常重要的作用。1998年，微軟提出“維納斯計劃”，在這之后，智能家居的相關(guān)行業(yè)都在積極推動這個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但是嚴格地說，目前的智能家居的發(fā)展水平僅處于初級階段。面對智能家居帶來的巨大市場，cisco、intel、

15、motorola、國際商業(yè)機器有限公司、韓國樂金等國際大公司都加入到這個領(lǐng)域，研發(fā)智能家居系統(tǒng)。在許多發(fā)達國家，智能家居產(chǎn)業(yè)已經(jīng)取得了巨大的發(fā)展和進步，但由于不同國家之間，在經(jīng)濟水平和消費觀念上存在差異，所以對智能家居的各種要求與期望也都不同。在美國，智能家居的推廣是憑借數(shù)字家庭和數(shù)字技術(shù)改造的契機，目標是追求舒適，注重享受，但與此同時消耗了巨大的能源，沒有符合當下低碳環(huán)保、高效節(jié)能的理念。而智能家居在日本，更看重用戶的實際體驗，更多地采用新工藝、實踐新技術(shù)的同時，也充分利用網(wǎng)絡化、it技術(shù)、ai技術(shù)，并兼顧環(huán)保節(jié)能的理念。在德國的智能家居，則主要追求專利功能上的開發(fā)，更多的注重系統(tǒng)的功能性。

16、韓國支持并且在政策上鼓勵智能小區(qū)和智能家居的開發(fā)與建設，目前韓國國內(nèi)80%以上的新建居住項目在設計上均采用智能家居系統(tǒng)或智能家居的理念。相比之下，國內(nèi)對智能家居系統(tǒng)的研究與應用起步較晚。在2000年左右，智能家居的概念才逐步進入國人視野，之后有一部分廠家開始試水智能家居的開發(fā)和應用。后來在2003年到2010年，國內(nèi)自主研發(fā)的智能家居產(chǎn)品和服務逐步應用于市場，如今的市場已經(jīng)初具規(guī)模。在國內(nèi)經(jīng)濟的快速發(fā)展以及居民生活水平的持續(xù)提高的同時，國內(nèi)從事智能家居相關(guān)產(chǎn)業(yè)的廠家也在不斷增加，但是總體上可以分為三類：一是針對居住和工作環(huán)境進行設計的廠家，這類廠商主要在自動報警、安監(jiān)、環(huán)監(jiān)等領(lǐng)域進行設計；二是

17、在家用電器上進行設計的廠家，它們本身多為家電的生產(chǎn)商，這類廠家將家用電器的設計標準化，并且以標準化平臺作為基礎來搭建智能家居的網(wǎng)絡；第三類廠家專注于外圍設備與元器件的生產(chǎn)與設計，通過配合前兩類廠商，提供各類智能接口模塊以及技術(shù)支持。雖然目前國內(nèi)的智能家居控制系統(tǒng)產(chǎn)品很多，但是由于國內(nèi)智能家居相關(guān)的行業(yè)標準以及技術(shù)標準一直未能統(tǒng)一，在某種程度上制約了國內(nèi)智能家居行業(yè)的進一步發(fā)展。除了上面的原因，人機界面不友好、售后體驗差、價格過高等因素也制約了國內(nèi)智能家居行業(yè)進一步發(fā)展。1.4 擬解決的主要問題本小組基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能車位管理系統(tǒng)主要解決以下問題：1) 32位微控制器f103zet6芯片的主控

18、程序的編寫，要求在完成主控任務之外，運行高效穩(wěn)定。2) 語音模塊、無線通信芯片等在32位微控制器f103zet6的控制下的驅(qū)動程序的編寫，要求能穩(wěn)定與主控芯片進行通信的同時，能穩(wěn)定地進行語音識別，并將信息存儲到sd卡中。3) 對語音識別流程的調(diào)試和優(yōu)化，即對語音交互界面的界面進行優(yōu)化和改進，提高識別準確率的同時，使得界面明確、易用。2 方案的確定2.1 設計方案論證一、 開發(fā)板的選擇stm32微控制器：該開發(fā)板是32位單片機，具有大量引腳可外接大量外設，功能強大；時鐘最高可達72mhz，運行速度快；功耗小，易于安裝；c語言編程操作簡單。缺點價格較高。mcs-51：該開發(fā)板是8位單片機，體積小易

19、于攜帶，功耗低；價格低廉使用范圍廣；c語言編程操作簡單。其缺點是管腳太少，若外掛模塊則容易發(fā)生混亂。在經(jīng)過討論后本課題小組決定使用32位微控制器stm32f103。選用32位微控制器，首先確保智能家居系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，以及各無線模塊的穩(wěn)定通訊；再者物聯(lián)網(wǎng)功能復雜需要外接大量外設，便于系統(tǒng)的開發(fā)；mcs-51因為性能限制正逐漸被淘汰，選用32位微控制器也大大延長了系統(tǒng)被淘汰的時間。本系統(tǒng)采用32位微控制器開發(fā)板作為總控平臺，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為系統(tǒng)支撐，語音識別和nrf24l01模塊作為信息交換的通道。通過各個模塊之間的信息交互與數(shù)據(jù)判斷來執(zhí)行各種指令，實現(xiàn)對家電的控制。2.2 工作原理在本系統(tǒng)中，采

20、用兩塊32位微控制器stm32f103作為控制總機。智能家居系統(tǒng)的接收端由語音識別芯片接收人發(fā)出的聲音，進行識別，32位微控制器處理識別到的指令，發(fā)出相應的控制命令，經(jīng)過nrf通信和紅外通信發(fā)送到對應的接收端，來控制相應家電；lcd顯示屏顯示相應操作，直觀展示所有功能。工程模型如下圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)模型框圖2.3 功能模塊簡介2.3.1 紅外通信模塊：nec協(xié)議紅外遙控的編碼目前廣泛使用的是：nec protocol 的pwm(脈沖寬度調(diào)制)和 philips rc-5 protocol 的 ppm(脈沖位置調(diào)制)。本設計使用的是 nec 協(xié)議，其特征如下：1) 8 位地址和 8 位指

21、令長度；2) 地址和命令 2 次傳輸（確保可靠性）3) pwm 脈沖位置調(diào)制，以發(fā)射紅外載波的占空比代表“0”和“1”；4) 載波頻率為 38khz；5) 位時間為 1.125ms 或 2.25ms；nec 碼的位定義：一個脈沖對應 560us 的連續(xù)載波，一個邏輯 1 傳輸需要 2.25ms（560us脈沖+1680us 低電平），一個邏輯 0 的傳輸需要 1.125ms（560us 脈沖+560us 低電平）。而紅外接收頭在收到脈沖的時候為低電平，在沒有脈沖的時候為高電平，這樣，我們在接收頭端收到的信號為：邏輯 1 應該是 560us 低+1680us 高，邏輯 0 應該是 560us 低

22、+560us 高。nec 遙控指令的數(shù)據(jù)格式為：同步碼頭、地址碼、地址反碼、控制碼、控制反碼。同步碼由一個 9ms 的低電平和一個 4.5ms 的高電平組成，地址碼、地址反碼、控制碼、控制反碼均是8 位數(shù)據(jù)格式。按照低位在前，高位在后的順序發(fā)送。采用反碼是為了增加傳輸?shù)目煽啃裕捎糜谛ｒ灒?.3.2 無線通信模塊：nrf24l01nrf24l01無線模塊，采用的芯片是nrf24l01，該芯片的主要特點如下：1) 2.4g全球開放的ism頻段，免許可證使用。2) 最高工作速率2mbps，高校的gfsk調(diào)制，抗干擾能力強。3) 125個可選的頻道，滿足多點通信和調(diào)頻通信的需要。4) 內(nèi)置crc檢

23、錯和點對多點的通信地址控制。5) 低工作電壓（1.93.6v）。6) 可設置自動應答，確保數(shù)據(jù)可靠傳輸。該芯片通過spi與外部mcu通信，最大的spi速度可以達到10mhz。本章我們用到的模塊是深圳云佳科技生產(chǎn)的nrf24l01，該模塊已經(jīng)被很多公司大量使用，成熟度和穩(wěn)定性都是相當不錯的。相比于普通的無線點信號，nrf24l01的優(yōu)勢在于2.4ghz的頻段不僅數(shù)據(jù)量大，而且數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，傳輸距離也比較遠，通過調(diào)整發(fā)射功率，可與普通家用無線路由器的信號覆蓋范圍相當，真正實現(xiàn)在家用環(huán)境下的信號無縫覆蓋。模塊的主要任務是在系統(tǒng)中傳遞語音識別的結(jié)果。2.3.3 語音識別模塊：ld3320ld3320是

24、一顆基于非特定人語音識別（si-asr：speaker-independent automatic speech recognition）技術(shù)的語音識別/聲控芯片。提供了真正的單芯片語音識別解決方案。ld3320芯片上集成了高精度的a/d和d/a接口，不再需要外接輔助的flash和ram，即可以實現(xiàn)語音識別/聲控/人機對話功能。并且，識別的關(guān)鍵詞語列表是可以動態(tài)編輯的。基于ld3320，可以在任何的電子產(chǎn)品中，甚至包括最簡單的51單片機作為主控芯片的系統(tǒng)中，輕松實現(xiàn)語音識別/聲控/人機對話功能。為所有的電子產(chǎn)品增加vui（voice user interface）語音用戶操作界面。語音識別as

25、r技術(shù)，是基于關(guān)鍵詞語列表識別的技術(shù)。只需要設定好要識別的關(guān)鍵詞語列表，并把這些關(guān)鍵詞語以字符的形式傳送到ld3320內(nèi)部，就可以對用戶說出的關(guān)鍵詞語進行識別。不需要用戶作任何地錄音訓練。asr技術(shù)最重要的現(xiàn)實意義就在于提供了一種脫離按鍵，鍵盤，鼠標的基于語音的用戶界面vui：voice user interface。使得用戶對于產(chǎn)品的操作更快速，更自然。基于領(lǐng)先的語音識別核心引擎，經(jīng)過在各大主流手機產(chǎn)品中三年來超過一千萬份的量產(chǎn)檢驗，ld3320提供了可以真正實用的語音識別/聲控功能。asr技術(shù)是基于關(guān)鍵詞語列表識別的技術(shù)。每次識別的過程，就是把用戶說出的語音內(nèi)容，通過頻譜轉(zhuǎn)換為語音特征，和

26、這個關(guān)鍵詞語列表中的條目進行一一匹配，最優(yōu)匹配的一條作為識別結(jié)果。比如在手機的應用中，這個關(guān)鍵詞語列表的內(nèi)容就是電話本中的人名、手機的菜單命令、tf卡中的歌曲名字。不論這個列表的條目內(nèi)容是什么，只需要用戶設置相關(guān)的寄存器，就可以把相應的待識別條目內(nèi)容以字符形式傳遞給識別引擎。ld3320可以識別列表中的關(guān)鍵詞，用戶說的語音可以是這個列表中任意的關(guān)鍵詞語，而且不需要用戶在識別前進行任何訓練。模塊提供了語音識別功能，同時也提供了本系統(tǒng)的語音交互界面。綜上所述，ld3320的主要特征有：w 通過icroute公司特有的快速而穩(wěn)定的優(yōu)化算法，完成非特定人語音識別。不需要用戶事先訓練和錄音，識別準確率9

27、5%。w 不需要外接任何輔助的flash芯片，ram芯片和ad芯片，就可以完成語音識別功能。真正提供了單芯片語音識別解決方案。w 識別句內(nèi)容可以動態(tài)編輯修改, 因此可由一個系統(tǒng)支持多種場景。w 芯片內(nèi)部已經(jīng)準備了16位a/d轉(zhuǎn)換器、16位d/a轉(zhuǎn)換器和功放電路，麥克風、立體聲耳機和單聲道喇叭可以很方便地和芯片管腳連接，能產(chǎn)生清晰響亮的聲音。w 支持并行和串行（spi）接口，串行方式可以簡化與其他模塊的連接。w 可設置為休眠狀態(tài)，而且可以方便地激活，節(jié)能。w 支持mp3播放功能，無需外圍輔助器件。w 工作供電為3.3v，如果用于便攜式系統(tǒng)，使用3節(jié)aa電池就可以滿足供電需要。2.3.4 存儲模塊

28、本課題中的存儲模塊是指掛載于開發(fā)板上的sd卡存儲器，sd卡（secure digital memory card）中文翻譯為安全數(shù)碼卡，它是在mmc的基礎上發(fā)展而來，是一種基于半導體快閃記憶器的新一代記憶設備，它被廣泛地于便攜式裝置上使用，例如數(shù)碼相機、多媒體播放器等。sd卡由日本松下、東芝及美國sandisk公司于1999年8月共同開發(fā)研制。大小猶如一張郵票的sd記憶卡，重量只有2克，但卻擁有高記憶容量、快速數(shù)據(jù)傳輸率、極大的移動靈活性以及很好的安全性。sd 卡一般支持2種操作模式：1) sd卡模式（通過sdio通信）；2) spi模式；主機可以選擇以上任意一種模式同sd卡通信，sd卡模式允

29、許4線的高速數(shù)據(jù)傳輸。spi模式允許簡單的通過spi接口來和sd卡通信，這種模式同sd卡模式相比就是喪失了速度。存儲模塊在本系統(tǒng)中的作用為記錄語音識別后產(chǎn)生的識別結(jié)果，用戶可以直接在生成的文本文件中查看記錄。2.3.5 lcd屏顯示模塊 lcd屏顯示模塊除了由明顯的觸摸屏本身組成之外，還有一個負責驅(qū)動顯示的驅(qū)動芯片，本設計中采用的是ili9341（屏幕）與xpt2046（驅(qū)動芯片）的組合。我們一般液晶所用的觸摸屏，最多的就是電阻式觸摸屏了（多點觸摸屬于電容式觸摸屏，比如幾乎所有智能機都支持多點觸摸，它們所用的屏就是電容式的觸摸屏）本課題中使用的是電阻式觸摸屏，下面簡單介紹下電阻式觸摸屏的原理。

30、電阻式觸摸屏利用壓力感應進行控制。電阻觸摸屏的主要部分是一塊與顯示器表面非常配合的電阻薄膜屏，這是一種多層的復合薄膜，它以一層玻璃或硬塑料平板作為基層，表面涂有一層透明氧化金屬（透明的導電電阻）導電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防擦的塑料層、它的內(nèi)表面也涂有一層涂層、在他們之間有許多細小的（小于 1/1000 英寸）的透明隔離點把兩層導電層隔開絕緣。當手指觸摸屏幕時， 兩層導電層在觸摸點位置就有了接觸，電阻發(fā)生變化，在x和y兩個方向上產(chǎn)生信號，然后送觸摸屏控制器?？刂破鱾蓽y到這一接觸并計算出（x，y）的位置，再根據(jù)獲得的位置模擬鼠標的方式運作。這就是電阻技術(shù)觸摸屏的最基本的原理。本設計

31、的觸摸屏模塊自帶的觸摸屏控制芯片為xpt2046。xpt2046 是一款4導線制觸摸屏控制器，內(nèi)含12位分辨率125khz轉(zhuǎn)換速率逐步逼近型a/d轉(zhuǎn)換器。xpt2046 支持從1.5v到5.25v的低電壓i/o接口。xpt2046 能通過執(zhí)行兩次a/d轉(zhuǎn)換查出被按的屏幕位置，除此之外，還可以測量加在觸摸屏上的壓力。內(nèi)部自帶2.5v參考電壓可以作為輔助輸入、溫度測量和電池監(jiān)測模式之用，電池監(jiān)測的電壓范圍可以從0v到6v。xpt2046 片內(nèi)集成有一個溫度傳感器。觸摸屏模塊通過顯示與觸摸，提供除了語音交互之外的輸出與輸入方式，方便在不同情況下查看系統(tǒng)工作狀態(tài)以及對系統(tǒng)輸入指令，增強系統(tǒng)的靈活性。2

32、.3.6 射頻識別模塊mf rc522是應用于13.56mhz非接觸式通信中高集成度的讀寫卡芯片，是nxp公司針對“三表”應用推出的一款低電壓、低成本、體積小的非接觸式讀寫卡芯片，是智能儀表和便攜式手持設備研發(fā)的較好選擇。 mf rc522利用了先進的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在13.56mhz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。支持14443a兼容應答器信號。數(shù)字部分處理iso14443a幀和錯誤檢測。此外，還支持快速crypto1加密算法，用語驗證mifare系列產(chǎn)品。mfrc522支持mifare系列更高速的非接觸式通信，雙向數(shù)據(jù)傳輸速率高達424kbit/s。 作為13.56mhz

33、高集成度讀寫卡系列芯片家族的新成員，mf rc522與mf rc500和mf rc530有不少相似之處，同時也具備許多特點和差異。它與主機間通信采用spi模式，有利于減少連線，縮小pcb板體積，降低成本。3 硬件設計3.1總體硬件電路設計本系統(tǒng)硬件部分主要由微處理器模塊、語音識別模塊、nrf通信模塊、紅外通信模塊以及液晶顯示模塊組成。人發(fā)出的聲音命令由語音識別模塊進行識別，經(jīng)過32位微控制器微處理器處理后發(fā)出相應的控制指令，并存到sd卡，通過nrf通信和紅外通信發(fā)射信號，接收端接收到控制信號后作出相應動作，并由液晶屏界面直觀顯示出來，總體電路示意圖如圖3.1所示。圖 3.1 系統(tǒng)總體電路示意圖

34、3.2各模塊硬件設計3.2.1 主控模塊主控模塊的電路圖如圖所示：圖3.2 32位微控制器f103zet6電路圖（包含晶振）圖3.3 32位微控制器f103zet6復位及啟動選擇管腳3.2.2 nrf24l01無線通信模塊本課題使用的nrf24l01模塊的硬件電路設計如圖所示（主控模塊預留了nrf24l01的專用排針接口）：圖3.4 無線通信模塊電路圖3.2.3 ld3320本課題采用的是icroute公司生產(chǎn)的m-ld3320語音識別模塊，本模塊的硬件主電路設計如圖所示：圖 3.5 語音識別模塊實物圖圖 3.6 m-ld3320模塊示意圖圖3.7 ld3320模塊電路圖圖3.8 ld3320

35、模塊晶振以及電源部分電路圖圖 3.9 ld3320引腳示意圖圖 3.10 l3320內(nèi)部邏輯電路示意圖3.2.4 hs0038本課題中hs0038的硬件電路設計如圖所示（hs0038位于主控模塊上）：圖3.11 hs0038電路圖3.2.5 液晶顯示模塊本設計的觸摸顯示模塊中采用的ili9341（屏幕）與xpt2046（驅(qū)動芯片）的硬件電路如圖所示：圖3.12 顯示屏模塊電路圖圖3.13 xpt2046管腳定義圖3.2.6 射頻識別模塊圖3.14 射頻識別模塊電路圖 3.2.7 sd卡模塊圖3.15 sd卡模塊電路圖4 軟件設計4.1設計思想本課題中的系統(tǒng)主要涉及語音識別、無線通信、觸摸顯示以

36、及紅外通信，所以程序應該圍繞這四個功能展開，首先這幾個模塊在硬件上與主控芯片兼容，故可以按照定義直接連接，在編寫程序時應該注意避開管腳上的沖突。從每個模塊的硬件特征上分析，每個模塊中的芯片均為針對其特定功能所設計，故每個芯片在被正確設置、正常供電的情況下，可以穩(wěn)定的工作，主控芯片只負責協(xié)調(diào)各個模塊之間工作而不負責具體的功能，所以程序的設計重點應該在于保證主控與模塊芯片之間的通信穩(wěn)定高效，具體到軟件上就體現(xiàn)為，基于32位微控制器平臺的各模塊芯片的驅(qū)動程序的編寫。因此，為了提高程序運行的穩(wěn)定性，并且使程序易于維護，應該將每個模塊的驅(qū)動程序設計為單獨的程序塊，這樣不僅能方便、獨立地調(diào)試每個模塊的工作

37、，而且使開發(fā)和維護人員能很輕松地對系統(tǒng)的功能進行擴展，通過增加不同程序的專用程序塊，將對應模塊的驅(qū)動程序進行獨立封裝，即可以做到類似于“即插即用”的效果。將每個模塊的功能被寫成單獨的循環(huán)主函數(shù)，主循環(huán)中依次調(diào)用這些模塊主函數(shù)，因為主控芯片運行速度快，調(diào)用函數(shù)代碼簡單，所以用戶不會察覺出這些功能函數(shù)之間切換產(chǎn)生的空白時間。如此將各個功能條理地組合起來，成為一個實際的系統(tǒng)。在編寫各個子模塊的驅(qū)動程序時，應該圍繞每個子模塊支持的通信協(xié)議來展開，當子模塊支持多種通信協(xié)議時，應該力求難度最小，硬件電路最簡單，并且最穩(wěn)定的那一種，尤其是與主控芯片兼容的時候。譬如ld3320芯片同時支持spi與并口兩種通信

38、方式，而32位微控制器f103zet6芯片本身就支持spi方式，如此一來，采用spi通信方式，可以直接調(diào)用原廠提供的硬件代碼，通過簡單的二次開發(fā)即可得到實用的驅(qū)動程序。雖然并口的傳輸速度快，但是其涉及大量管腳，比較占用硬件管腳資源，接線復雜，時序相對spi復雜許多，通過軟件模擬并口時序需要花費很長的時間才能調(diào)試到最佳穩(wěn)定狀態(tài)，期間還有可能需要調(diào)用其他的軟件資源，而且對于語音識別而言spi的通信速度已經(jīng)足夠，所以得不償失。通過有效利用32位微控制器強大的硬件平臺所提供的資源，可以大大節(jié)省在驅(qū)動程序、通信協(xié)議上編寫代碼的時間和難度，并且運行效果好。為了提高代碼的可讀性，程序編寫時應主要采用調(diào)用固件

39、庫的方式進行，這樣無論是調(diào)試還是維護，都能降低難度，縮短時間，而無需再去專門查閱32位微控制器繁復的寄存器手冊，同時也有助于降低因地址或數(shù)據(jù)輸入錯誤導致的命令出錯。系統(tǒng)的工作流程圖如圖4.1所示：圖4.1 系統(tǒng)工作流程圖4.2程序流程圖程序的流程如圖4.2所示，從流程圖中可以明顯看出，主控芯片不參與具體的功能實現(xiàn)，而起到一個控制和協(xié)調(diào)的作用，所以這種方案屬于32位微控制器芯片作為主控mcu的典型應用。 圖4.2 系統(tǒng)程序流程圖5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 開發(fā)工具的簡介2009年2月發(fā)布keil vision4，keil vision4引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開發(fā)人員能夠使用多臺監(jiān)視器，并提供了視覺上

40、的表面對窗口位置的完全控制的任何地方。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個窗口，提供一個整潔，高效的環(huán)境來開發(fā)應用程序。新版本支持更多最新的arm芯片，還添加了一些其他新功能。 2011年3月arm公司發(fā)布最新集成開發(fā)環(huán)境realview mdk，開發(fā)工具中集成了最新版本的keil uvision4，其編譯器、調(diào)試工具實現(xiàn)與arm器件的最完美匹配。keil c51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 與匯編相比，c語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用c來開

41、發(fā)，體會更加深刻。keil 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全windows界面。j-link：j-link是segger公司為支持仿真arm內(nèi)核芯片推出的jtag仿真器。配合iar ewar，ads，keil，winarm，realview等集成開發(fā)環(huán)境支持所有arm7/arm9/arm11內(nèi)核芯片的仿真，通過rdi接口和各集成開發(fā)環(huán)境無縫連接，操作方便、連接方便、簡單易學，是學習開發(fā)arm最好最實用的開發(fā)工具。圖5.1 j-link實物圖  圖5.2 keil vison4 集成開發(fā)環(huán)境界面32位微控制器開發(fā)板是arm 技術(shù)論壇開發(fā)的一款基于32位微控制器f10

42、3vct6 的開發(fā)板，面向企業(yè)和廣大愛好者，開發(fā)板功能強大，外圍資源齊全，例程豐富。在線功能：arm技術(shù)論壇除了提供最新版本ide的下載，還包含了32位微控制器社區(qū)論壇、最新示例項目代碼的應用資源頁、在線培訓模塊、工具大全以及知識庫等內(nèi)容，為32位微控制器平臺提供了豐富的在線資源。5.2 硬件平臺的簡介32位微控制器f1系列屬于中低端的32位arm微控制器，該系列芯片是意法半導體（st）公司出品，其內(nèi)核是cortex-m3。芯片集成定時器，can，adc，spi，i2c，usb，uart，等多種功能。其內(nèi)核是arm 32位的cortex-m3，最高72mhz工作頻率，在存儲器的0等待周期訪問時

43、可達1.25dmips/mhz（dhrystone2.1）。算法采用單周期乘法和硬件除法。其存儲器為從32k到512k字節(jié)的閃存程序存儲器（32位微控制器f103xxxx中的第二個x表示flash容量，其中：“4”=16k，“6”=32k，“8”=64k，b=128k，c=256k，d=384k，e=512k）。并含有最大64k字節(jié)的sram。使用2.0-3.6v供電和i/o引腳，內(nèi)置上電/斷電復位（por/pdr）、可編程電壓監(jiān)測器（pvd）以及4-16mhz晶振振蕩器。內(nèi)嵌經(jīng)出廠調(diào)教的8mhz的rc振蕩器和帶校準的40khz的rc振蕩器；產(chǎn)生cpu時鐘的pll；帶校準的32khz的rc振蕩

44、器。在低功耗要求方面有睡眠、停機和待機等低功耗模式，斷電后vbat為rtc和后備寄存器供電。內(nèi)有2個12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間為1us（多達16個輸入通道），轉(zhuǎn)換范圍為03.6v。采用雙采樣和保持功能，并內(nèi)置溫度傳感器。在數(shù)據(jù)傳輸方面內(nèi)含2個dma控制器，共12個dma通道：dma1有7個通道，dma2有5個通道?？芍С忠韵峦庠O：定時器、adc、spi、usb、iic和usart。開發(fā)板包含多達112個快速i/o端口(僅z系列有超過100個引腳)，26/37/51/80/112個i/o口，所有i/o口一塊映像到16個外部中斷；幾乎所有的端口均可容忍5v信號。此類開發(fā)板的調(diào)試模式為串行單線調(diào)試（

45、swd)和jtag接口，并含有多達8個定時器；3個16位定時器，每個定時器有多達4個用于輸入捕獲/輸出比較/pwm或脈沖計數(shù)的通道和增量編碼器輸入。包含1個16位帶死區(qū)控制和緊急剎車，用于電機控制的pwm高級控制定時器。另外還內(nèi)置2個看門狗定時器（獨立的和窗口型的）以及系統(tǒng)時間定時器：24位自減型計數(shù)器。除i/o口以外還集成了多達9個通信接口：2個i2c接口(支持smbus/pmbus)；3個usart接口（支持iso7816接口，lin，irda接口和調(diào)制解調(diào)控制）；2個spi接口(18m位/秒）；1個can接口（2.0b主動）；1個usb 2.0全速接口。5.3 系統(tǒng)測試l 測試目的本系統(tǒng)

46、是在32位微控制器的平臺上開發(fā)的，擴展了一些硬件配置，最終設計完成 了“基于物聯(lián)網(wǎng)與語音控制的家用電器系統(tǒng)”。為了使該系統(tǒng)能夠正常運行，正常發(fā)揮它所具有的功能?，F(xiàn)將進行一系列的功能測試，進而找到該系統(tǒng)的不足及需要進一步完善的部分，從而為該系統(tǒng)的功能夠更加完善提供一個理論依據(jù)。使這個系統(tǒng)的功能夠更加理想化、人性化。l 測試設備1) 配置好編譯環(huán)境的pc機一臺2) 32位微控制器zet6微控制器模塊兩塊3) 語音識別模塊4) nrf24l01無限傳輸模塊5) sd卡模塊6) led燈硬件電路7) tft液晶屏l 測試內(nèi)容1) 配置好編譯環(huán)境的pc機一臺打開編譯環(huán)境，連接好硬件以及jlink，將程序

47、進行編譯鏈接后，看能否正常下載到板子中。2) 32位微控制器zet6微控制器模塊兩塊 先是檢查開發(fā)板是否有硬件上的連接錯誤，然后下載檢測程序，看能否正常的運行。3) 語音識別模塊4) nrf24l01無限傳輸模塊通過監(jiān)測串口小助手的顯示數(shù)據(jù)，得出nrf2401發(fā)送的無線信息準確可靠。并且能夠發(fā)送有效的信息。5) sd卡模塊通過sd卡測試程序，將預先要寫入sd卡的數(shù)據(jù)寫入其中，然后用讀卡器連接到電腦上，看能否讀出正常的數(shù)據(jù)。6) led燈硬件電路將焊接好的led燈電路連接到相應的高低電平，看能否正常指示。7) tft液晶屏將顯示程序下載到板子中看能否正常的顯示。8) 總體測試將系統(tǒng)的各硬件設備連

48、接起來，檢查系統(tǒng)有無電路錯誤，避免出現(xiàn)短路、斷路等情況。然后檢查各模塊與開發(fā)板相連的引腳是否有問題。查看手冊確定傳感器的輸出電壓等級，與開發(fā)板相應引腳是否匹配，避免燒毀開發(fā)板。最后下載程序確定系統(tǒng)設備能否正常運行。5.4 課題總結(jié)物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。 如何建立一個高效率、低成本、使用方便的基于物聯(lián)網(wǎng)和語音控制的智能家居系統(tǒng)成為本課題的主要研究目標。圖5.3 智能家具示意圖本項目是基于物聯(lián)網(wǎng)的語音控制家用電器系統(tǒng)，主要通過語音對家用電器進行智能控制。1）燈光控制圖5.4 燈光控制示意圖系統(tǒng)通過對用戶的語音信號進行智能處理后，控制室內(nèi)的客廳臥室等相應的燈的關(guān)

49、斷。方便用戶的使用，提高用戶的體驗度。2） 電視的控制 用戶根據(jù)自己的意愿，通過語音打開電視關(guān)閉電視，并且根據(jù)語音調(diào)換電視節(jié)目，極大的便利了用戶生活，可以讓用戶在做其他事情的同時，看自己喜歡的電視臺。 圖5.5電視控制圖一 圖5.6電視控制圖二本項目還通過射頻功能，對出入門進行的人員進行了智能識別。持有屬于家庭內(nèi)部成員的身份卡的人員，將會被放行進入防盜門，若持有錯誤身份卡的人員則不會被放行進入。 門禁控制功能圖一 門禁控制功能圖二本項目是基于物聯(lián)網(wǎng)的語音控制家用電器系統(tǒng)，可以通過語音實現(xiàn)對照明設備的開關(guān)，電視機、微波爐的開關(guān)、音量、選臺、定時等操作，也可以對冰箱、空調(diào)等白色家電實現(xiàn)遠程溫度的智

50、能化控制。用戶通過語音方便快捷的實現(xiàn)對家用電器的控制。該項目為人們提供了一個以人為本的舒適、便捷、高效、安全的生活環(huán)境。7總結(jié)與展望本小組做了如下的工作：查閱相關(guān)資料，制定詳細全面的計劃；物聯(lián)網(wǎng)的學習，進行使用軟件開發(fā)平臺的選擇，安裝和配置，并熟悉和學習相關(guān)的編程語言；語音信號的采集、播放與sd卡存儲；對家電進行分類，建立被控對象家電模型，實現(xiàn)對家電控制；進行模塊整合，形成一個完整的系統(tǒng)。接下來的時間，我們將會對系統(tǒng)進行調(diào)試與優(yōu)化。把系統(tǒng)投入真正的實踐，發(fā)現(xiàn)不足，并不斷分析，優(yōu)化與改正。畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師

51、的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲