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1、基于物联网与语音控制的家用电器系统 摘要智能家居通过物联网技术将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、空调控制、安防系统等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、防盗报警、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。本系统选用32位微控制器F103ZET6作为微处理器，由语音识别部分、NRF24L01无线通信模块、红外通信部分和液晶显示模块、RC522模块组成，实现语音来控制各家电的运行。本系统控制信号的发射端，由语音识别芯片LD3320识别人的语音指令，经过32位微控制器处理，发出相应的控制命令，由NRF2401发送控制信号控制照明系统，由红外通信电视、空调等红外光家电，RC522模块来识别
2、IC卡来作为门禁系统。关键词：物联网 智能家居 语音识别 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 contr
3、ol, burglar 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,
4、 RC522 module, voice to control the household appliances operation.本系统控制信号的发射端，由语音识别芯片LD3320识别人的语音指令，经过STM32处理，发出相应的控制命令，由NRF2401发送控制信号控制照明系统，由红外通信电视、空调等红外光家电，RC522模块来识别IC卡来作为门禁系统。The transmitter signal control of the system, the speech recognition chip LD3320 recognize voice commands, after 32bit M
5、CU treatment, 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
6、 32 bit MCU voice recognition Communication目录1 概述11.1 立项依据11.2 课题研究的目的和意义11.3 国内外研究状况21.4 拟解决的主要问题32 方案的确定42.1 设计方案论证42.2 工作原理42.3 功能模块简介52.3.1 红外通信模块：NEC协议52.3.2 无线通信模块：NRF24L0162.3.3 语音识别模块：LD332062.3.4 存储模块82.3.5 LCD屏显示模块82.3.6 射频识别模块93 硬件设计103.1总体硬件电路设计103.2各模块硬件设计103.2.1 主控模块103.2.2 NRF24L01无线通
7、信模块113.2.3 LD3320123.2.4 HS0038153.2.5 液晶显示模块163.2.6 射频识别模块173.2.7 SD卡模块184 软件设计194.1设计思想194.2程序流程图215 系统调试225.1 开发工具的简介225.2 硬件平台的简介245.3 系统测试256 课题总结287总结与展望321 概述1.1 立项依据随着社会经济的快速发展，公民的生活水平也在不断提高，对于生活用品，尤其是家用电器提出了更高的要求。以往的半自动甚至于全自动家电越来越不能满足需要，因为现如今的家用电器要面临更多的要求，比如更复杂的工作环境，更高级的功能实现，于是对于智能家电的呼声越来越高
8、，家电行业也注意到了这一发展态势，纷纷在智能家电这个课题上开展了各种类型的研究。1.2 课题研究的目的和意义智能家居经过一直以来的发展，目前在传感器和微控制器技术上已经日渐成熟，子系统的稳定性和扩展性已经完全能够满足日常的需要。但是随着技术的不断进步，智能家居的发展不会仅仅停留在子系统这种独立和一维的水平上，体现在发展趋势上就是网络化和人机交互的进一步优化，也就是建立更加友好和易用的人机交互界面。本课题就围绕网络化（物联网）与人机界面（语音识别）两个方面进行了深入研究。网络化方面，本设计采用了不同种类的通信方式，实现了传感器与微控制器之间以及子系统之间的互通互联、信息交流，在物联网中，通信方式
9、并没有好坏之分，不同的通信方式有着不同的特性，故有不同的适用场合，比如红外通信的结构简单，指向性强，抗干扰能力强，但是作用距离短，NRF24L01的作用距离相对远，但是指向性弱，容易被其他类似频段的无线通信信号所干扰，硬件设计相对复杂，所以只有最适合当下通信要求的方式才是最佳方案，不同的通信方式的集成虽然会增加系统的复杂度，但是对于提升系统的运行效率以及环境适应能力具有明显的作用。当下的智能家居交互界面多通过显示方式实现，也就是光、电方式。虽然界面直观，也可以进行触摸等人类自然操作，但是距离人的最常用的交流方式语音，还有很大差距。语音包含信息丰富，展示方式直接，是最接近人的自然交流方式，在所有
10、方式中，是理论上存在交流障碍最少的，也是最直接的。随着语音识别技术的逐渐深入和成熟，语音交互界面（VII）逐渐成为HMI（人机交互界面）研究的新热点。语音交互界面与其他交互方式的结合，不仅可以在个方式之间取长补短，同时可以提高信息的准确性，降低使用难度，尤其是提高对于残障人士或是老年人、幼儿的友好程度，降低了系统的使用门槛，提高了系统对于不同年龄段的人的适应能力。语音识别输入，语音助手等现实应用的成功推广，标志着语音识别引擎已经日趋成熟，降低了在简单系统里实现语音采集和识别的难度，使得智能家居人机交互界面的语音化正在逐步成为现实，真正服务于千家万户。本课题采用建立实物模型的方式，主要对以上两个
11、问题进行研究，以期探索两者在智能家居领域进行结合，并最终协调工作，实现网络化和人机界面语音话的可行性，以及在日常生活中的易用性。为以后相关产品的设计提供有效的对照与参考。1.3 国内外研究状况1984年，第一幢智能建筑在美国出现，而后，欧美以及东亚的经济发达的国家先后提出了智能家居的方案。在美国、西欧以及东亚的发达国家内，智能家居得到了广泛应用，在制定国际智能家居产业标准，以及探索智能家居服务模型中起到了非常重要的作用。1998年，微软提出“维纳斯计划”，在这之后，智能家居的相关行业都在积极推动这个产业的发展。但是严格地说，目前的智能家居的发展水平仅处于初级阶段。面对智能家居带来的巨大市场，C
12、isco、Intel、Motorola、国际商业机器有限公司、韩国乐金等国际大公司都加入到这个领域，研发智能家居系统。在许多发达国家，智能家居产业已经取得了巨大的发展和进步，但由于不同国家之间，在经济水平和消费观念上存在差异，所以对智能家居的各种要求与期望也都不同。在美国，智能家居的推广是凭借数字家庭和数字技术改造的契机，目标是追求舒适，注重享受，但与此同时消耗了巨大的能源，没有符合当下低碳环保、高效节能的理念。而智能家居在日本，更看重用户的实际体验，更多地采用新工艺、实践新技术的同时，也充分利用网络化、IT技术、AI技术，并兼顾环保节能的理念。在德国的智能家居，则主要追求专利功能上的开发，更
13、多的注重系统的功能性。韩国支持并且在政策上鼓励智能小区和智能家居的开发与建设，目前韩国国内80%以上的新建居住项目在设计上均采用智能家居系统或智能家居的理念。相比之下，国内对智能家居系统的研究与应用起步较晚。在2000年左右，智能家居的概念才逐步进入国人视野，之后有一部分厂家开始试水智能家居的开发和应用。后来在2003年到2010年，国内自主研发的智能家居产品和服务逐步应用于市场，如今的市场已经初具规模。在国内经济的快速发展以及居民生活水平的持续提高的同时，国内从事智能家居相关产业的厂家也在不断增加，但是总体上可以分为三类：一是针对居住和工作环境进行设计的厂家，这类厂商主要在自动报警、安监、环
14、监等领域进行设计；二是在家用电器上进行设计的厂家，它们本身多为家电的生产商，这类厂家将家用电器的设计标准化，并且以标准化平台作为基础来搭建智能家居的网络；第三类厂家专注于外围设备与元器件的生产与设计，通过配合前两类厂商，提供各类智能接口模块以及技术支持。虽然目前国内的智能家居控制系统产品很多，但是由于国内智能家居相关的行业标准以及技术标准一直未能统一，在某种程度上制约了国内智能家居行业的进一步发展。除了上面的原因，人机界面不友好、售后体验差、价格过高等因素也制约了国内智能家居行业进一步发展。1.4 拟解决的主要问题本小组基于物联网技术的智能车位管理系统主要解决以下问题：1) 32位微控制器F1
15、03ZET6芯片的主控程序的编写，要求在完成主控任务之外，运行高效稳定。2) 语音模块、无线通信芯片等在32位微控制器F103ZET6的控制下的驱动程序的编写，要求能稳定与主控芯片进行通信的同时，能稳定地进行语音识别，并将信息存储到SD卡中。3) 对语音识别流程的调试和优化，即对语音交互界面的界面进行优化和改进，提高识别准确率的同时，使得界面明确、易用。292 方案的确定2.1 设计方案论证一、 开发板的选择STM32微控制器：该开发板是32位单片机，具有大量引脚可外接大量外设，功能强大；时钟最高可达72MHz，运行速度快；功耗小，易于安装；C语言编程操作简单。缺点价格较高。MCS-51：该开发板是8位单片机，体积小易于携带，功耗低；价格低廉使用范围广；C语言编程操作简单。其缺点是管脚太少，若外挂模块则容易发生混乱。在经过讨论后本课题小组决定使用32位微控制器STM32F103。选用32位微控制器，首先确保智能家居系统的稳定运行，以及各无线模块的稳定通讯；再者物联网功能复杂需要外接大量外设，便于系统的开发；MCS-51因为性能限制正逐渐被淘汰，选用32位
