智能家居系統的功能模塊設計

高鑫茹

【摘 要】智能家居主要為人們提供更加便捷、舒適、安全的生活環境，將是以后家居發展的主體。它是指將家里的電子產品、家用設備通過無線網絡進行連接，建立由屋里環境檢測、處理、工作、家居自動化的管理系統。智能家居貼合我們的生活，具有非常重要的現實意義。本文設計了一款以無線網絡作為遠程傳輸方式，以語音控制為近距離控制方式，并且能與互聯網進行連接的智能家居系統?；诒鞠到y設計要求，選用了STM 15系列單片機作為硬件控制平臺，使用Keil軟件進行編程、調試，在設計過程中使用Altium Designer軟件完成電路設計，并通過Proteus進行電路仿真實驗驗證電路的可靠性，最終建立了穩定的智能家居系統。

【關鍵詞】智能家居；功能模塊；自動檢測；語音控制

1.項目設計中的功能介紹

本系統主要實現語音控制部分家電啟動、自動檢測室內環境、自動控制部分家電啟動、無線控制部分家電的功能。其整體系統功能示意圖如圖1所示。

2.智能家居系統的功能模塊介紹

2.1無線控制模塊功能介紹

以網頁的形式顯示監控界面。用戶可通過手機或者任何能夠與互聯網連接的設備。通過點擊網頁上的按鈕來控制改變家居環境。這種顯示方法更加簡單、更加直觀、更加人性化，讓用戶可以隨時隨地監控家居環境。

通過無線傳輸的方式實現家居內部設備的集中控制。將WiFi模塊與嵌入式控制器通過串口連接起來，通過嵌入式網關實現家庭內部網絡與因特網的互聯互通。如：可通過使用WiFi技術將開關與電燈組成無線控制網絡，可以通過控制終端向開關發送命令，調節燈光的明暗狀況。除此之外，還可以控制窗簾的開合、蜂鳴器報警。

2.2自動檢測模塊功能介紹

1.煙霧濃度檢測

通過使用煙霧傳感器，全天24小時監控可能發生的煤氣泄漏，檢測到危險信息時，通過預警裝置，發出警報信息，提醒住戶存在安全隱患。

2.空氣質量檢測

通過使用空氣質量傳感器，可通過監控室內氨氣、硫化物等有害氣體和煙霧的量。將氣體含量在單片機中的反饋控制LED燈的開關，可通過觀看LED的開關狀態來得到室內的空氣質量是否合格，從而能在室內空氣質量不合格時及時對室內通風進行調整。

3.室外天氣檢測

通過使用雨滴傳感器，當檢測到外界的雨滴時，將信號傳入單片機，單片機帶動電機運動，實現窗簾的關閉功能。

2.3語音控制模塊功能介紹

1.通過語音控制模塊，以語音的形式控制改變家居環境。這種顯示方法更加簡單、更加方便、更加人性化。

2.可通過使用語音控制模塊將開關與電燈、運作窗簾開合的電機、運作窗戶開關的電機以及蜂鳴器，分別組成語音控制網絡，可以通過語音控制向開關發送命令，調節燈光的開關、窗簾的開合、窗戶的開關以及蜂鳴器的開關狀況。

3.智能家居系統的功能模塊研究

本課題的測試環境模擬家庭環境，在實驗室中進行。在該環境下測試智能家居的各模塊性能，如語音模塊、自動檢測及控制模塊等是否符合實際要求。

3.1對自動檢測模塊的研究

選擇的煙霧傳感器為ZYMQ-2氣體傳感器，適用于家庭和工廠的氣體泄漏，可用于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、煙霧等的檢測，擁有廣泛的探測范圍，較高的靈敏度，可快速響應恢復。除此之外還有優異的穩定性，使用壽命長，驅動電路簡單的特點。其原理圖如下圖2。

3.2對自動控制模塊的研究

本系統中，為更好的實現家居的智能控制，對窗簾、窗戶等家居都設計了自動的控制系統。對窗戶和窗簾開合的自動控制，將雨滴傳感器分別與運作窗簾開合的電機、運作窗戶開關的電機組成自動控制網絡，當雨滴傳感器檢測到雨滴時，運作窗簾開合和運作窗戶開關的兩個電機即刻開始轉動，帶動窗戶和窗簾關閉。即可實現當外界檢測到下雨時，自動關閉窗戶與窗簾。

對于電機的驅動，選擇的電機驅動模塊為L298N驅動板。該驅動版可驅動兩路直流電機，若要對直流電及進行PWM調速，只需設置IN1和IN2確定電機的轉動方向，然后對使能端輸出PWM脈沖即可實現調速。

3.3對語音控制模塊的研究

語音識別ASR技術，是基于關鍵詞語列表識的技術。只需要設定好要識的關鍵詞語列表，并把這些關鍵詞語以字符的形式傳送到芯片內部，就可以對用戶說出的關鍵詞語進行識。不需要用戶作任何地錄音訓練。非特定人語音識技術ASR，是對幾十G的語音數據經語言學家語音模型分析，科學家建立數學模型，并經過反復訓練提取基元語音的細節特征，以及提取各基元間的特征差異?？梢缘玫皆诮y計概率最優化意義上的各個基元語音特征。最后才由資深工程師將算法以及語音模型轉化為硬件芯片以應用在嵌入式系統中。

基于領先的語音識核心引擎，本文選擇的語音識別模塊是LD3320。LD3320是一顆基于非特定人語音識技術的語音識、聲控芯片。提供了真正的單芯片語音識解決方案。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，即可以實現語音識、聲控、人機對話功能。并且，語音識別的關鍵詞語列表是可以動態編輯的?；贚D3320，可以在任何的電子產品中，甚至包括最簡單的51作為主控芯片的系統中，輕松實現語音識、聲控、人機對話功能。

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（作者單位：山東科技大學（泰安））