【畢業(yè)學位論文】（Word原稿）語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng)-電子信息工程

題目 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 作者姓名 王旭東 指導教師 蔡傳波 二級學院 電氣信息工程學院 專 業(yè) 電子信息工程 學 號 7013 年 5 月 15 日西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制 與安防系統(tǒng) I 語音識別無線智能家居控制 與 安防系統(tǒng) 摘 要 目前，智能家居類產品在嵌入式系統(tǒng)應用中當屬熱門，但市面上鮮有標準化設計的產品，結構、接口與組網模式無規(guī)范，通用性及擴展性較差。 在科技 不斷進步的當今社會，如何降低信息化生活門檻、提高人們的生活品質，打造安全、便捷、易用的家居智能管理系統(tǒng)已成為眾多高校及商業(yè)公司的課題之一。 本文介紹的是一套 具備與家庭配電箱、 開關 暗盒相同 工業(yè)與電氣 標準的結構設計，并具有統(tǒng)一通信協(xié)議與接口標準 的無線組網方式 ， 并 將 音 識別算法 與 入式系統(tǒng) 集成設計，完成語音識別、交互式智能家電控制 、安防管理 功能 的新概念 智能家居管理系統(tǒng)。 首先，本文 分析了市面上現(xiàn)有的智能家居、家庭安防類產品的功能與優(yōu)缺點。并權衡多種控制方式與組網模式，提出了 以 音 處理器與 片構成主機的控制核心 ， 0 系列單片機系統(tǒng)為節(jié)點控制器件、 頻收發(fā)器為組網基礎，共同組成具備語音識別控制功能的無線智能家居控制系統(tǒng)。整套系統(tǒng) 采用集中 管理、分布式控制的方式對 家居 電器 進行 智能化控制 ，涵蓋家電的開關控制，家電的信息控制，以及家庭安防監(jiān)控等 。 其 次，本文 按照系統(tǒng)的組成部分詳細 介紹了 各單元硬件的設計理論與設計思路，以及具體的硬件原理圖及參數(shù)指標 ， 同時簡介了 各獨立單元組網形成一套完整 控制系統(tǒng) 的工作原理與實現(xiàn)功能 。 再次，本文 闡述了整體系統(tǒng)軟件程序的設計流程及與 之配套通信協(xié)議的 設計 制定。將整套智能家居系統(tǒng) 的控制模式與組網方式、通信協(xié)議內容得以體現(xiàn)。 最后，本文針對 各項功能 進行了測試， 驗證了 控制程序的邏輯性、 通信協(xié)議的正確性之外，還進行了硬件的穩(wěn)定性測試。 結果顯示，主機能 較好的進行語音識別交互操作，并通過無線組網進行電器控制或安防監(jiān)控，整套系統(tǒng)模型達到設計要求。 本文在 智能家居系統(tǒng) 設計中 提出了從工業(yè)設計、硬件電路接口到軟件通信協(xié)議的全標準化設計 理念， 提出了新穎的語音識別與無線組網相結合的智能家居控制方式。 為 智能家西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 系統(tǒng)設計，開啟了新的思路。 關鍵 詞 ： 標準化 ； 語 音識別 ； 智能家居 ； 無線組網 ； 通信協(xié)議 ； 電器控制 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) t in is in s to of of to of s to a of of a of SR of in a of to 0 F a of of as as in of in as as of of to a of of be 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) of to of of In of to A of of is a 安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) V 目 錄 1 緒 論 . 1 能家居系統(tǒng)的概述 . 1 能家居系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展 . 2 2 系統(tǒng)方案 . 4 體結構與組網 . 4 標準化設計 . 5 3 功能與參數(shù) . 6 能家居功能概述 . 6 音識別算法處理器 . 6 中無線串口總線 . 6 線家用電器電源控制與 外遙控信息控制 . 7 庭電氣電源控制 . 8 防管理與 程短信報警功能 . 8 能器件參數(shù)及原理圖 . 8 外反射傳感器單元 . 8 釋電傳感器單元 . 9 燃氣體與火焰探測單元 . 9 音輸入與輸出單元 . 10 氣控制單元 . 11 于自編通信協(xié)議的可擴展性 . 11 系統(tǒng)的可擴展性 . 11 系統(tǒng)外掛設備的可擴展性 . 11 4 硬件結構 . 13 件結構概述 . 13 點單片機子系統(tǒng) . 13 線發(fā)射與接收單元設計 . 14 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 序下載器及中斷測試器設計 . 15 體系統(tǒng)的可靠性設計 . 15 議層增加控制可靠性 . 15 氣控制全隔離設計 . 15 信實時監(jiān)控 . 16 5 軟件系統(tǒng) . 17 件狀態(tài)設計 . 17 機的軟件狀態(tài)設計 . 17 居設備 節(jié)點的軟件狀態(tài)設計 . 18 件流程 . 19 能家居主機軟件流程 . 19 能家居節(jié)點軟件流程 . 21 現(xiàn)原理 . 23 試設備 . 24 能家居系統(tǒng)硬件開發(fā)環(huán)境 . 24 能家居系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境 . 24 試方案與結果分析 . 26 6 功能特色 . 28 結 論 . 29 參考文獻 . 30 致 謝 . 31西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制 與安防系統(tǒng) 1 1 緒 論 能家居系統(tǒng)的概述 迄今為止，智能家居 并沒有普遍認可 的統(tǒng)一的 定義。通常智能家居系統(tǒng)利用先進的計算機和網絡通訊技術將與家居生活有關的各種各樣的子系統(tǒng)，通過特定的網絡有機地結合在 一起，通過科學管理， 讓家居生活更加舒適 、有效、安全和節(jié)能。與傳統(tǒng)的家居相比，智能家居不僅僅具有傳統(tǒng)的居住和使用功能，還提供了舒適安全、高品位的宜人的家庭生活空間，并且提供全方位的信息交換功能，確保家庭內部與外界之間保持良好的交流與溝通，增強家居生活的安全性，節(jié)約能耗，幫助人們有效安排時間，優(yōu)化人們的生活和工作方式。 智能家居網絡通常能夠分為家庭數(shù)據(jù)網絡和家庭控制網絡兩種：家庭數(shù)據(jù)網絡，提供高速率 的數(shù)據(jù)傳輸服務，如家用計算機和數(shù)字電視、視頻和音頻播放器、資源共享及高速上網等；家庭控制網絡，提供便捷的和低速率的控制和互連網絡，用于燈光照明控制、家居安防、家居環(huán)境監(jiān)測以及家庭應急求助等功能。 智能家庭控制網絡是智能住宅系統(tǒng)的重要組成部分，家庭控制網絡子網和遠程管理是該系統(tǒng)的重點和難點。與家居數(shù)據(jù)通信網絡的應用目的不一樣，數(shù)據(jù)通信網絡中 的音頻 、視頻等大數(shù)據(jù)傳輸需要高速的數(shù)據(jù)通信接口，而家居控制系統(tǒng)需要的是經濟、低功耗的控制網絡，該控制網絡的主要功能在于設備的連接與控制，基本上無需高速的通信方式來支撐。 在 智能家居網絡中，我們要考慮到以下幾個特點： （ 1）低成本：大量的家電和傳感器終端節(jié)點是家庭控制網絡中控制的主要對象，這種較大規(guī)模的網絡需要一個低成本的節(jié)點組網技術。 （ 2）跨平臺 ： 智能家居系統(tǒng)的使用環(huán)境是一個家居環(huán)境，整個系統(tǒng)中有著 錯綜復雜的平臺，不能強制要求用戶能夠對系統(tǒng)進行復雜的配置和管理，網絡環(huán)境下各種資源的自組織和協(xié)同工作顯得非常重要。 （ 3）可擴展性：能夠在系統(tǒng)主框架不做改動的情況下進行維護和擴展，加入新的家居設備。 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 2 （ 4）可操作性：智能家居系統(tǒng)的操作一般都比較繁瑣，怎么才能使之簡單、實用是個重點 ，集中控制功能解決了這一難題。 傳統(tǒng)的家居智能控制系統(tǒng)一般 都 采用有線方式來組建，如同軸電纜、 線等。 無線技術的發(fā)展也開始 成規(guī)模的 滲透智能家居系統(tǒng)，并有取代傳統(tǒng)有線網絡的趨勢。傳統(tǒng) 無線網絡系統(tǒng)復雜、成本高，不易控制 、安全性差 的缺點也限制了無線技術的普及與大規(guī)模應用。 本文研究設計的智能家居控制系統(tǒng)是以 最容易操作的 語音為控制方式，以低成本高效的空中串口搭建無線網絡，完成家電控制、信息控制、安防管理 、 信報警 等功能 。從而 組建了一套 合理，高性能，智能化的家居系統(tǒng)網絡。 能家居系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展 智 能 家居 的概念起源較早，但是一直沒有具體的實現(xiàn)案例。世界上第一棟智能建筑1984 年在美國出現(xiàn)，美國聯(lián)合科技公司在美國康乃迪克州哈特佛市的一座舊式大樓的改造中將智能建筑的概念應用于大樓的供電、安保、照明等設備，使用計算機對大夏進行監(jiān)控和控制，并提供了先進的語音、數(shù)據(jù)通信和資訊等方面的信息服務，該棟智能型建筑的誕生，揭開了智能家居發(fā)展的序幕。此后，一些經濟、技術比較發(fā)達的國家先后提出了各種各樣的智能家居解決方案。智能家居系統(tǒng)在法國、加拿大、日本等國都有廣泛應用。 1998 年 5 月 ，在新加坡舉辦的“家庭電器與電子消費 品國際展覽會”上， “未來之家”進行了現(xiàn)場演示，該系統(tǒng)是一套完善的家庭智能化系統(tǒng)。它的系統(tǒng)功能主要包括三表遠程抄送功能、安保報警功能、家電控制功能、高速數(shù)據(jù)傳輸功能、家庭智能控制面板等。在展會上參與演示的家庭智能化系統(tǒng)距離真正的市場應用還尚需時日，但是科學技術的發(fā)展使得人們更加堅定了追求高品質生活方式的信心，智能家居作為高品質信息生活的代表得到越來越多的矚目。 智能家居網絡技術在國內的發(fā)展始于 20 世紀 90 年代末，到 2000 年左右智能家居概念開始得到大范圍的宣傳，使我國的普通居民開始了解并接受了智能家居的概念。 如今各小區(qū)的開發(fā)商在住宅小區(qū)的住宅的設計階段也已經較多地考慮了智能化基礎設施的建設，少 數(shù)高檔的住宅小區(qū)已經配套了相當完善的智能家庭網絡，很多開發(fā)商已經將住宅“智能化”作為一個“亮點”在房地產銷售的廣告中大量宣傳。 借機三網融合、物聯(lián)網，智能家居將飛速發(fā)展 ， 2010 年物聯(lián)網為全球矚目，其相關西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 3 技術在世界各地以迅雷不及掩耳的速度 蓬勃發(fā)展起來，并被稱為繼計算機、互聯(lián)網之后，世界信息產業(yè)的第三次浪潮。 2010 年國家明確提出大力發(fā)展“三網融合”以及“物聯(lián)網”產業(yè)，并開始全面實施“三網合一”城市試點方案，同時物聯(lián)網試點城 市也已開始全面部署，信息化產業(yè)已經成為中國未來經濟發(fā)展的最重要產業(yè)。而智能家居作為家庭信息化得實現(xiàn)方式已成為社會 信息化發(fā)展的重要組成部分，物聯(lián)網因其巨大的應用前景，將是智能家居產業(yè)發(fā)展過程中一個比較現(xiàn)實的突破口，對智能家居產業(yè)的發(fā)展具有重大意義。智能家居在未來一年，將借著網聯(lián)網迅猛發(fā)展之時，也將度過一個快速發(fā)展的階段。 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 4 2 系統(tǒng)方案 體 結構 與組網 本系統(tǒng)以博創(chuàng)科技 心板為主控 部分 ，結合 音識別算法處理器、 塊、 示屏、 線串口通信芯片構成智能家居控制網絡的主機。由 2 及 10 系列單片機、 線串口通信芯片、傳感器節(jié)點與終端配電箱構成整套具備語音識別無線家電控制、無線安防監(jiān)控報警與 信發(fā)送功能的智能家居系統(tǒng)。 現(xiàn)場可編程門陣列，其可以設計為各種邏輯功能，設計靈活。也可嵌入各種為處理器，如： 8051， 等構架的 其優(yōu)點是：并行處理，因此速度快，適合與高速場合，例如圖像，視頻數(shù)據(jù)采集與處理。 在此系統(tǒng)中我們使用 核作為整個系統(tǒng)的 編寫處理器外部接口，可以做數(shù)據(jù)的緩存，數(shù)據(jù)的交換，以方便任意模塊與 連接。在智能家居電氣控制、安防控制中，可以充分發(fā)揮 行的優(yōu)勢，如果多個 時運行，數(shù)據(jù)的吞度量可以大大提高。 圖 2系統(tǒng)整體框架與邏輯關系 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 5 圖 2硬件系統(tǒng)的結構組成框架 標準化設計 一套具備與家庭配電箱、開關暗盒相同工業(yè)與電氣標準的結構設計，并具有統(tǒng)一通信協(xié)議與接口標準的無線組網方式，并將 音識別算法與 入式系統(tǒng)集成設計，完成語音識別、交互式智能家電控制、安防管理 功能的新概念智能家居管理系統(tǒng)，讓“科技以人為本”這一信息化時代的核心價值得以體現(xiàn)。 值得一提的是，由于采用了自編通用通信協(xié)議，主機 最可 掛載 多 個節(jié)點子系統(tǒng)，而每路節(jié)點可以連接 多 個不同類型傳感器、電源控制箱或信息控制端（如顯示器件、藍牙控制器件、紅外 制器件 等 。 升級與拓展空間大。 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 6 3 功能與參數(shù) 能家居功能概述 音識別 算法處理器 一顆基于非特定人語音識別 (術的語音識別 /聲控芯片。芯片上集成了高精度的 A/D 和 D/A 接口 ,無需要外接輔助的 可以實現(xiàn)語音識別 /聲控 /人機對話功能。并且識別的關鍵詞語列表是可以動態(tài)編輯的。將該處理器應用于 控的智能家居系統(tǒng)，可提供語音控制家用電器的功能。 圖 3構圖 中無線串口總線 一款基于 433制的 編程收發(fā)器，其芯片內部集成了調制解調器與射頻控制器，應用高速 成有線信號到無線轉發(fā) 的過程。 單片機通過 4 條 線與單片機通信。通過自編協(xié)議方式，將單片機之間的通信以無線方西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 7 式進行。從而達到家用電器無線開關，紅外遠程遙控，安防報警等功能。 圖 3構圖 線家用電器電源 控制 與 外遙控 信息控制 紅外接口英文簡稱為 外線數(shù)據(jù)標準協(xié)會）的英文縮寫， 外接口是一種紅外線無線傳輸協(xié)議以及基于該協(xié)議的無線傳輸接口。家用電器當中的電視機、空調等均采用標準 紅外遙控器來操 作。在本套系統(tǒng)中，應用語音控制、射頻無線傳輸來實現(xiàn)遠程紅外遙控家電。 單片機通過產生 38制信號模仿完成遙控器信號發(fā)射功能。 圖 3紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕灸Ｐ?西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 8 庭電氣電源控制 系統(tǒng)通過單片機節(jié)點 將接收到的無線數(shù)據(jù)解析，控制由繼電器組成的電氣配電箱，完成家電的電源開關控制。 防管理 與 程短信報警 功能 安防通過掛載在無線網絡下單片機節(jié)點的傳感器信號來做出安防報警或遠程短信報警的功能。 對短信息的控制共有 3 種模式： 式、基于 令的 式、基于 令的文本模式。 在本系統(tǒng)中， 接收到由節(jié)點發(fā)來的報警信息后，通過 T 指令控制 塊發(fā)出報警短信。 端模塊發(fā)送短信息的流程圖，如圖 3示。 圖 3端模塊發(fā)送短信息的流程圖 能器件參數(shù)及原理圖 外反射傳感器單元 單元模塊由兩組紅外反射傳感、集成運算放大器 2輸入端四或門集成電路 7432組成。其中運算放大器 環(huán)連接，紅外接收三級管與限流電阻中點取電壓樣至運放反向輸入端；電位器連接運放同向輸入端構成電壓比較器電路 。門窗鎖閉時紅外接收三極管接收到紅外發(fā)射管光波，接收管導通。電壓比較器輸出高電平。當門窗打開時接收管無法接收到紅外光波截至，電壓比較器輸出低電平。另一路紅外反射傳感器及或門電路 7432作為誤觸發(fā)消除功能。 10K 電位器為靈敏度調節(jié)功能，使有效距離在 一定區(qū) 間 內連續(xù)可調 。 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 9 圖 3紅外反射傳感器單元 釋電傳感器單元 熱釋電傳感器單元主要由 釋電傳感器及其信號處理集成電路 成。 運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器及封鎖時間定時器等構成 數(shù)?；旌想娐贰後岆妭鞲衅?人體發(fā)射的熱紅外波產生熱釋電效應，在 成電路的雙運放放大及雙向鑒幅處理后，由 2 腳輸出高電平導通三極管，信號引腳 向單片機輸出低電平信號觸發(fā)。 如下圖 3示。 圖 3熱釋電傳感器電路圖 燃氣體與火焰探測 單元 氣敏傳感器種類繁多，性能各異。這里選用普敏型氣體傳感器 煙霧、易燃氣體有較高的靈敏度。 火焰探測選用對火焰光 940長敏感的紅外接收二極管作為傳感器 ，在氣敏傳感器探測到危險氣體、 紅外二極管探測到火焰時，電壓比較器 輸出低電平西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 10 給單片機。 例運算放大器構成可燃氣體濃度顯示控制電路。 圖 3可燃氣體濃度顯示控制電路 圖 音輸入與輸出單元 如圖 3語音輸入與輸出單元。 圖 3語音輸入與輸出單元 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 11 氣控制單元 電氣控制單元，如圖 3示。 圖 3電氣控制單元 于 自編通信 協(xié)議的可擴展性 系統(tǒng)的可擴展性 子系統(tǒng)由獨立的單片機最小系統(tǒng)、 中無線串口 驅動芯片以及基于 中無線串口 總線 標準的自編協(xié)議方式構成、且身份平等的并聯(lián)于 中無線串口 通信網絡進行 全 雙工串行通信，子系統(tǒng)外掛設備以統(tǒng)一外部接口的形式與功能外掛設備模塊連接。每一個存在于 中無線串口 通信網絡的子系統(tǒng)，均由主機管理控制、分配地址，主機以循環(huán)問詢制的形式與每一個子系統(tǒng)單片機系統(tǒng)通信，從而達到子系統(tǒng)方便擴展、即插即用的特點。 系統(tǒng)外掛設備的可擴展性 本系統(tǒng)不僅子系統(tǒng)層面具備良好的擴展性，允許添置、刪減子系統(tǒng)設備外，同樣在子系統(tǒng)外掛設備方面具有良好的可擴展性。子系統(tǒng)的信息傳遞、中轉功能，除完成上 文描述西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 12 的報警、燈光控制功能外，其他家電類產品可用同樣類似的方式進行控制，主機傳遞給單片機的數(shù)據(jù)除燈光的開關信號外，也可以是控制電飯鍋的啟動信號，也可以是遙控電視機的紅外調制信號。此外，通過 中無線串口 總線，系統(tǒng)提供添置遠程管理單元的升級空間，為智能家居整體系統(tǒng)遠程操縱化奠定基礎。 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 13 4 硬件結構 件結構概述 整套智能家居系統(tǒng)的核心，其通過 中無線串口 總線網絡與下屬單片機子系統(tǒng)通信。單片機子系統(tǒng)以反饋的方式回應主機的循環(huán)問詢，達到上報傳感器信息 ，執(zhí)行控制命令的功能。單片機子系統(tǒng)與單片機子系統(tǒng)間 也可 直接通信，由主機完成信息的收集與控制功能。 圖 4硬件結構 點單片機子系統(tǒng) 單片機子系統(tǒng)由 兩部分組成：一是由 2 系列單片機構成最小系統(tǒng)，通過 單片機 口的 號接入空中串口 總線網絡。單片機子系統(tǒng)自身并不集成功能設備，但預置多組統(tǒng)一形式的接口，不斷擴展功能型外掛設備。 如下圖 4 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 14 圖 4單片機最小系統(tǒng)電路圖 線發(fā)射與接收單元設計 無線發(fā)射與接收單元設計，如圖 4示 。 圖 4無線發(fā)射與接收單元設計 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 15 序下載器及中斷測試器設計 程序下載器及中斷測試器，如圖 4示： 圖 4程序下載器及中斷測試器 體系統(tǒng)的可靠性設計 智能家居管理系統(tǒng)作為一套常時在線運行的系統(tǒng)，因其控制管理設備多、安全防護功能重要，故必須保障整體的長期運行可靠性與安全性。本系統(tǒng)從以下三點設計加強： 議層增加控制可靠性 通信協(xié)議中對數(shù)據(jù)傳輸正確性、及時性做出優(yōu)化，優(yōu)先保障安防系統(tǒng)通信效率，確保安防有效。同時提高家電控制信息的準確性，防止因數(shù)據(jù)錯誤導致的家 電控制誤操作。 氣控制全隔離設計 因家居電氣控制以 220V 為主，對于單片機控制系統(tǒng)，干擾與沖擊較大。本套系統(tǒng)的電氣控制部分采取光耦、繼電器結合的方式達到電氣全隔離控制的目的，有效避免沖擊與西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 16 干擾。 信實時監(jiān)控 為防止因通信失效造成影響，本套系統(tǒng)從主機到單片機節(jié)點均在 設置監(jiān)控。當系統(tǒng)出現(xiàn)頻道干擾、信道占用等情況，能夠自主切換并提示，在遇到嚴重通信故障的時候，能夠通知主人排查故障。 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 17 5 軟件系統(tǒng) 件 狀 態(tài) 設計 機 的 軟件 狀態(tài) 設計 主控制計算機的軟件運行狀態(tài)應該分為兩種：一是平時的查詢狀態(tài)，用來查詢各個節(jié)點的工作狀態(tài) 。二是主機自身或者被反饋的控制狀態(tài)，用來控制各節(jié)點的工況信息。如下圖 5示，這兩種運行狀態(tài)的關系是相互依存的。 圖 5主機與節(jié)點運行狀態(tài)關系 軟件的查詢控制狀態(tài)，是由系統(tǒng)所要實現(xiàn)的主要功能決定的 。 在系統(tǒng)的 控制 狀態(tài) 中 ，控 進行各種家電 控制 、 響應 報警 、發(fā)送短信 等操作，例如啟動燈光、 控制空調 、處理 煤氣泄漏報警等 ，待 主機 輸入相應代碼以后 ，向系統(tǒng)的一個節(jié)點發(fā)送 控制 指令 ，主 機響應并通過通信線路，傳輸給 家居設備 節(jié)點。 家居設備 節(jié)點響應并接受主機發(fā)來的指令，執(zhí)行命令并向主機發(fā)送反饋信息，來說明一切運行良好，無異常。這樣就完成了主節(jié)點 所有狀態(tài)的設計。其具體的軟件 示意 圖 5下所示： 圖 5主節(jié)點計算機各狀態(tài)軟件流程圖 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 18 居設備 節(jié)點的軟件 狀態(tài) 設計 對于 家居設備 節(jié)點的軟件設計， 可大致分為兩個狀態(tài)：一是平時的 被查詢 狀態(tài)，主要接受 主節(jié)點計算機發(fā)送來的 查詢 指令 和 發(fā)送 當前 節(jié)點 的工作狀態(tài) 。 另一個是 響應狀態(tài)，主要是響應主機給其發(fā)送的指令，并 響應 各模塊 工作狀態(tài)。 如 響應 煤氣氣體。 兩個狀態(tài)的大致關系如圖 5示： 圖 5響應狀態(tài)與收發(fā)狀態(tài)關系 平時， 家居設備 節(jié)點 大多數(shù)時間 都在接收主節(jié)點發(fā)來的查詢指令， 也就是說大多數(shù)時間處于被掃描狀態(tài)。 只有當 家居設備 節(jié)點出現(xiàn)故障或者得到報警信息時，才 反饋 指令給主機。例如：家庭煤氣泄漏。煤氣泄漏時， 高濃度煙霧傳感器先感應到煤氣，然后， 片機 節(jié)點 收到 傳感器的變化情況，作相應的變化。最后，一直處在被掃描狀態(tài)的 節(jié)點 反饋信息給主機。然后，主機得到報警信號并做出 相應措施。其檢測煤氣的軟件 示意 圖如 圖5示 ： 圖 5檢測煤氣泄漏示意圖 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 19 件流程 能家居主機軟件流程 家庭主機是家庭控制網絡的主控設備，其作用主要有兩個方面：一方面是它主導家庭內部網絡建立的整個過程，主要完成包括系統(tǒng)的初始化、網絡的建立、地址的分配和成員的加入、節(jié)點設備數(shù)據(jù)的更新、數(shù)據(jù)轉發(fā)表、設備關聯(lián)表等幾個方面；另一方面作為整個智能家居系統(tǒng)的高層控制端，是整個智能家居系統(tǒng)的大腦。其啟動畫面如圖 5示 ： 圖 5啟動畫面 顯示 圖 5等待系統(tǒng)啟動完畢后立即跳轉到 圖 5面 ： 圖 5進入家電控制狀態(tài)時，切換至如圖 5面： 圖 5安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 20 分節(jié)點接收到主機的命令時主機查詢到分節(jié)點的狀態(tài)會以不同的界面給予用戶提示， 如圖5 5 5示 ， 圖 5家庭主機工作的 程圖 圖 5電視機模式 圖 5空調模式 圖 5門禁模式 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 21 圖 5家庭 主機 工作的 程圖 能家居 節(jié)點 軟件流程 本智能家居系統(tǒng)的 節(jié)點 采用的是 51 單片機的最小模塊，具有結構簡單、功能齊全等特點，它是連接主節(jié)點 和 家庭報警設備 或者主節(jié)點和家庭控制設備的紐帶。因此， 節(jié)點 的軟 件設計至關重要（ 已經介紹過其軟件的設計方案）。 智能家居系統(tǒng)在家庭環(huán)境中 以 51 單片機為家居設備 節(jié)點 ， 以 中無線串口 通信方式組織成網絡，設備節(jié)點負責監(jiān)測周圍環(huán)境一定范圍內的環(huán)境狀態(tài)、收發(fā)信號并進行數(shù)據(jù)處理。 智能家居控制網絡的 節(jié)點 按照功能進行分類可以分為網絡通信功能和設備功能兩大部分。本系統(tǒng)中的家居設備 節(jié)點 采用 51 單片機 的 最小模塊，而家庭主節(jié)點采用 基于 片的開發(fā)箱設備，因此，家居設備 節(jié)點 的網絡通信功能部分相對于 家庭主機 來說比較簡單， 在家庭控制網絡中，為了保 證家居設備節(jié)點響應，必須要建立其應用程序和網絡通信功能之間的接口，在網絡通信功能與設備功能之間建立連接。連西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 22 接的建立過程也就是設備根據(jù)相關的通信協(xié)議進行通信的過程。按照通信協(xié)議，不同的數(shù)據(jù)位和數(shù)據(jù)值代表不同的請求與參數(shù)，家居設備 節(jié)點 和家居設備之間根據(jù)通信協(xié)議規(guī)定的請求與參數(shù)調用相應的操作子程序控制傳感器和執(zhí)行器完成代碼要求的操作。 圖 5家居設備 節(jié)點 的工作流程圖。 圖 5家居設備 節(jié)點 工作流程圖 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 語音識別無線智能家居控制與安防系統(tǒng) 23 現(xiàn)原理 主節(jié)點與 節(jié)點 通信協(xié)議 為： 為了使各個設備之間能夠 識別發(fā)送自己的數(shù)據(jù)所代表的信息含義 ，家居設備節(jié)點和 家庭主機 之間必須制定統(tǒng)一的通信協(xié)議。 家庭主機 對家居設備節(jié)點的操作主要有兩種，一種是查看設備節(jié)點的狀態(tài)，另一個鐘就是對設備節(jié)點進行功能性的操作。 所以，需要在 家庭主機 和家居設備節(jié)點之間定義一個比較完整通信協(xié)議標準。 家庭主機 是通過建立起來的 無線 通信網絡發(fā)送數(shù)據(jù)或者命令給家居設備家電，使其實現(xiàn)一些功能，指定的家居設備節(jié)點收到正確的數(shù)據(jù)并完成指定操作之后會自動返回一個應答告知命令執(zhí)行結果，也就是所說的反饋。 下 表 5本系統(tǒng)定義出來的通信幀結構。 表 5主節(jié)點與 節(jié)點 的通訊幀格式 字節(jié) 1 字節(jié) 2 字節(jié) 3 字節(jié) 4 字節(jié) 5 字節(jié) 6 字節(jié) 7 字節(jié) 8 幀類型 主機收發(fā)端 設備 備類型 命令 數(shù)據(jù)（ 1） 數(shù)據(jù)（ 2） 校驗位 幀類型：該字節(jié)高 6 位為保留位，低 2 位二進制數(shù) 00、 01、 10、 11 分別代表數(shù)據(jù)請求幀、數(shù)據(jù)應答幀、命令請求幀、命令應答幀。 主機收發(fā)端：由于主機采用 中無線串口 總線方式，因此是 全 雙工方式的通信 。 發(fā)送端用