《智能家居語音控制系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)》9400字

PAGEPAGE4智能家居語音控制系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)摘要傳統(tǒng)的家庭控制系統(tǒng)必須要經(jīng)過復雜的電路布置，這就導致家庭的電器設備則需要用對應的開關執(zhí)行操作。隨著語音識別技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，智能化家居控制系統(tǒng)已被廣泛地應用于普通家庭，給人們的生活帶來了巨大的便利。所以，如何在智能家居中實現(xiàn)語音的無線控制是實現(xiàn)現(xiàn)代化智能家居的關鍵。本論文所設計的系統(tǒng)由主、從兩個部分組成，采用STM32F103C8T6為主要控制器，采用DHT11對室內(nèi)溫度、濕度進行實時監(jiān)控，并在OLED顯示屏上顯示采集的溫度、濕度，當溫度、濕度超過設定值時，該設備會自動報警提醒。本系統(tǒng)具有基于LD3320的語音識別模塊，并由MCU對其進行處理，再由nRF24L01將其傳輸至從機。從機通過nRF24L01接收到主設備的控制指令，并按照要求對家電開關進行開關操作。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、易于維護、可擴充性好、適應性強。廣泛應用于各種內(nèi)部空間，如倉庫，教室，為人們的日常生活帶來了極大的便利。關鍵詞：STM32微控制器；DHT11溫濕度傳感器；nRF24L01；LD3320語音識別模塊目錄TOC\o"1-3"\h\z219221引言 1172932系統(tǒng)方案設計 2195072.1微處理器方案設計 2206052.2溫濕度采集方案設計 2267792.3顯示方案設計 3292462.4語音識別方案設計 3236942.5無線通信方案設計 3205833系統(tǒng)硬件電路設計 5171993.1主機硬件電路設計 5553.2從機硬件電路設計 12318544系統(tǒng)軟件方案設計 15133244.1主機軟件 15202214.2從機軟件 21315415系統(tǒng)調(diào)試及現(xiàn)象 2220112結(jié)論 2616892參考文獻 27PAGEPAGE41引言在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的今天，尤其是在智能家庭中，應用最廣泛的就是智能家居。在此基礎上，用戶可以使用家庭中的各種家電設備，如風扇、燈光、空調(diào)等電器實現(xiàn)自動化操作，無需人工操作。當使用者因為繁瑣的事物而抽不開身時，就可以用語音系統(tǒng)來識別并控制電器，從而達到使用目的。該系統(tǒng)還可以實時監(jiān)控周圍的溫度、濕度，讓人們可以隨時掌握周圍的情況，并進行適當?shù)恼{(diào)整，將環(huán)境對人們生活的影響降到最低。本文重點介紹了一種基于STM32F103C8T6的無線家庭智能語音控制系統(tǒng)，并對其性能進行了分析。本系統(tǒng)使用LD3320語音識別芯片作為語音識別系統(tǒng)，用于語音識別[5]。該系統(tǒng)在識別出使用者的聲音指令后，可以對家俱的開關進行控制，并利用無線通訊技術(shù)將其語音指令以無線方式傳送，該技術(shù)是由nRF24L01的2.4G無線網(wǎng)絡芯片所完成。通過選用適當?shù)母袘?，可以對住戶的溫度、濕度進行實時監(jiān)測，并將其顯示在液晶屏上，使用者可以實時獲得室內(nèi)的溫度、濕度，同時還具備溫度、濕度報警，可以隨時向使用者發(fā)出警報。該系統(tǒng)能真正地解放使用者的手腳，給使用者帶來極大的便利。2系統(tǒng)方案設計本論文所介紹的系統(tǒng)總體設計包括：主控制器、語音識別、無線通訊、溫、濕度顯示四個部分。利用語音識別技術(shù)，在識別出人類聲音后，利用無線通訊技術(shù)，對繼電器進行開斷。同時，該系統(tǒng)還能對溫度、濕度進行實時監(jiān)控，并利用傳感器來完成?？稍跓晒馄辽巷@示數(shù)據(jù)，并有報警功能，使用者也可以隨時通過鍵盤進行設定與調(diào)試。圖2.1中顯示了該系統(tǒng)的總體框架。圖2.1系統(tǒng)方案總體框圖2.1微處理器方案設計該系統(tǒng)采用了以單片機為核心，采用51微處理器和STM32作為主電路。STM32系列單片機具有功耗低、成本低、運算速度快等特點，具有非常高的性價比。內(nèi)置大量的外部設備，內(nèi)置數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換，內(nèi)置IIC、SPI、UART等多種接口。51系列單片機結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便，而STM32系列則具有更快的運算能力和更多的功能，以及可以隨時更新與添加更多的外部設備。鑒于該系統(tǒng)的復雜性，本次設計采用STM32系列微處理器，STM32F103C8T6作為該器件的微處理器。2.2溫濕度采集方案設計本系統(tǒng)主要用于溫度、濕度的測量，同時采用了DHT11和STH11兩種測量方法。DHT11是一種具有溫度、濕度功能的新型傳感器，其輸出為數(shù)字信號，該設備的抗干擾性和反應速度好、質(zhì)量高、信號傳輸范圍廣，最遠可以超過20M[6]。DHT11中的濕敏元件使用了一種價格低廉的濕敏電阻器。STH11同時也是一種能夠收集溫度、濕度的感應器，它的芯片具有高度集成性，并使用了一條二線的數(shù)字串行。體積小巧，可靠性高，但由于SHT11中的濕敏元件使用了高成本的濕敏電容。為了節(jié)省成本，本系統(tǒng)使用DHT11實現(xiàn)了對溫度、濕度的測量。2.3顯示方案設計該系統(tǒng)需要可視化設備的運行狀態(tài)、溫度、濕度、閾值警報等參數(shù)，這樣就可以直觀的看到所有的數(shù)據(jù)，因此必須要利用顯示屏進行顯示。該系統(tǒng)使用的是一款0.96寸OLED顯示屏。有機發(fā)光二極管幾乎能用肉眼進行180°的觀看，而且功率消耗很小，不象液晶顯示器那樣需要背光。它具有較高的反差、結(jié)構(gòu)輕巧、反應快、適用范圍寬等特點。OLED屏的成像原理和LCD有很大的不同，OLED屏無需使用背光源，因為其像素點會自動發(fā)出光芒。當LCD顯示屏被使用時，除非該部位損壞，否則它的背光層會一直處于發(fā)光狀態(tài)。所以OLED的各個象素都是單獨工作的，有需求時可以隨時顯示，不想顯示時可以隨時關掉，OLED的功耗要比LCD少得多，而且，OLED顯示屏具有多種控制方式，具有操作簡便、功能豐富、能夠顯示漢字、圖案等的特點。因此，本系統(tǒng)的顯示模塊采用的是OLED。2.4語音識別方案設計該系統(tǒng)主要實現(xiàn)了聲音的控制，通過對聲音的識別，對繼電器進行開關，實現(xiàn)對各種電器的開關，該系統(tǒng)采用了LD3320型和ISD9160型。LD3320是一款可以通過語音識別來進行語音控制的芯片，其語音識別系統(tǒng)是一個真正的單片，并且不會識別特定的人。ISD9160是一款以CortexTM-M0為核心的單片系統(tǒng)，它為用戶提供了一種既便宜又實用的語音識別技術(shù)。與ISD9160相比，LD3320具有較大的識別范圍、較高的喚醒率、較好的回音、噪聲等性能，以及較低的錯誤率。2.5無線通信方案設計由于這種設計要求對電器設備的開關進行遙控，因此使用無線通信的方法。然后，本文設計了一個以nRF24L01為核心的無線通信協(xié)議。nRF24L01是一種以2.4GHz至2.5GHz為核心的單片機無線收發(fā)芯片。它的功耗很低，幾乎所有的MCU都能用到，對于需要無線數(shù)據(jù)通訊的開發(fā)人員來說，它是一種非常有用的功能。該設備可以支持一對多的通訊，并且有126個信道和6個數(shù)據(jù)信道，而且還具有很好的兼容性，因此使用該設備不需要特定的信號，便于后期的維護。所以，此次設計選擇了nRF24L01作為無線通訊方案。3系統(tǒng)硬件電路設計3.1主機硬件電路設計主電路主要由電源電路，MCU最小化，語音識別，溫濕度采集，無線通訊，LCD，鍵盤等構(gòu)成。DHT11的溫、濕數(shù)據(jù)采集、LD3320的語音識別、nRF24L01無線通訊、OLEDLCD、LEDLCD、OLED液晶顯示屏、溫度、濕度超出閾值時，會發(fā)出相應的警報，使用者可以通過鍵盤對其進行修改。圖3.1是一種常見的基本硬件方塊圖：圖3.1主機硬件電路總體電路框圖3.1.1單片機最小系統(tǒng)本系統(tǒng)采用STM32高性能微處理器STM32、STM32F103C8T6。這個處理器有48個引腳，包括37個輸入/輸出，通用通訊接口IIC和SPI兩套。微處理器的最低要求是要有一個復位和一個晶振，這兩個電路是MCU最基本的功能，沒有它們，MCU就無法工作。圖3.2展示了MCU最小化系統(tǒng)的原理：圖3.2MCU最小化系統(tǒng)的基本原理重置的方法是將NRST引腳重置，NRST引腳與輕觸鍵相連，當鍵SW被釋放時，將高電平輸入到NRST引腳，并且電容對C2進行充電。按下按鈕SW，C2繼續(xù)放電，這時，NRST的輸入電平從高到低的NRST引腳的輸入，可以使MCU系統(tǒng)重置。該系統(tǒng)采用兩個外接石英振蕩器，一種是8MHz的高速晶振，另一種是32.768KHz的低速晶振。為了確保Y1的穩(wěn)定性，每個晶體振蕩器都要加入兩個相匹配的電容器，Y1晶振電路中還要有一個并聯(lián)電阻。3.3V電源與GND之間的四個并聯(lián)電容C3、C4、C10、C11，可以過濾電源。利用SWDIO和SWDCLK與電源、接地構(gòu)成SWD接口，并將PA11、與PA12相連接，構(gòu)成USB接口，便于調(diào)試，并將程序通過該接口輸入到MCU中。BOOT1和BOOT0是STM32單片機的起動方式選擇引腳，當BOOT0處于低電位時，則是主閃存存貯器被激活，此時可以利用SWD接口進行編程。3.1.2電源電路在MCU中，電源電路是核心部件。該系統(tǒng)可以在家庭、教室、辦公室、倉庫等場所直接使用，國內(nèi)的家用電源通常為220V，但是該系統(tǒng)要求5V的DC電壓。在電力系統(tǒng)中，220伏AC由變壓器的電壓下降至12V左右，然后通過整流橋?qū)λ膫€二極管進行整流，把AC電變成DC[2]。另外，在2200uF的電容器和100nF的小容量電容器中，一個用來過濾低頻，一個用來過濾掉電流。經(jīng)過處理的DC電源被輸入到三端穩(wěn)壓器LM7805的輸入，它的GND接地，然后將100uF和100nF的電容器連接在一起，最終輸出5V。不過5V的電源還是不夠的，STM32F103C8T6和DHT11的輸出電壓都是3.3V，再加上RT91393降壓穩(wěn)壓器，就能把5V的DC電壓降低到3.3V。本次設計的供電線路可將5伏、3.3伏直流電壓變換為5伏、3.3伏，從而滿足了整個系統(tǒng)中各晶片的需要，確保了系統(tǒng)的正常工作。圖3.3顯示了供電線路的示意圖：圖3.3電源電路原理圖3.1.3語音識別模塊LD3320的三個輸入端都能輸出3.3V的工作電壓，簡化了電路的設計。LD3320使用AMS1117的降壓穩(wěn)壓器，將5V的電壓降低至3.3V。LD3320具有3V的最低操作電壓，如果電源電壓不足，LD3320將不能正常工作。LD3320的語音識別模塊內(nèi)置STC11MCU，該系統(tǒng)使用22.118兆赫晶振來實現(xiàn)時鐘信號，重置回路復位。LD3320的語音識別芯片和STC11通過8比特的串口通信，實現(xiàn)了對STC11的通信。將STC11的RXD和TXD與STM32的PA9和PA10相結(jié)合，即TX和RX，可以進行串行通信。LD3320的MD引腳與STC11的INT2引腳相連接，在低壓狀態(tài)下，LD3320為并行工作方式，在高電平為串行SPI方式。語音識別首先要讓模塊接收到音頻，然后連接到MICP和MICN，然后通過咪口接收MICP和MICNLD3320。LD3320的INTB與STC11的外部中斷引腳P3.2/INT0相連，當存在語音信號時，此中斷將使STC11的識別成功。語音識別模塊的基本原理如圖3.4所示：圖3.4語音識別模塊原理圖3.1.4溫濕度采集電路該系統(tǒng)的溫、濕度采集電路采用DHT11感應器，它是一種能同時測量溫度、濕度的復合芯片，無需兩個獨立的電路來獲取溫度、濕度。DHT11的線路很簡單，僅有4個引腳。第一引腳是一個VCC，它與一個3.3V的DC電源相連；引腳2是DATA，該系統(tǒng)為單總線的輸入、輸出接口，連接單片機的I/O接口，并在PA6上增加一個上拉電阻；引腳3是一個空引腳，沒有連接；4引腳是GND，接地。在圖3.5中顯示了溫度和濕度的獲取方式：圖3.5溫濕度采集原理圖3.1.5無線通信電路本系統(tǒng)采用“SPI”通訊的nRF24L01來完成無線通訊，但與MCU相對應的引腳并不一定要SPI，通過一般的輸入和輸出端口就能完成SPI通訊，僅需用軟件進行仿真即可。該芯片需要外部的時鐘回路，使用16MHz的晶體振蕩，需要在2個22pF的小電容器中加上1M歐姆的電阻器，以確保其工作。該芯片具有三個電源，全部為3.3V，并聯(lián)10nF、1nF電容。DVDD是電源輸出端，由33nF電容器串聯(lián)而成。ANT1和ANT2是用于芯片的天線，并將其與天線電路相連接，而VDD_PA則是其內(nèi)部的功率放大器，作為其輸出電源，并與該天線線路相連。引腳1至4是一個NRF24L01的數(shù)字輸入，引腳5和6是一個數(shù)字輸出。CE是一種方式選擇端口，它與芯片中的CONFIG寄存器一起控制，并與PA5相連接；CSN是一種片選線，當一組SPI接口與多臺SPI從機相連時，可以選擇一種特殊的從機通訊，這一處理低級的晶片即可工作；SCK是SPI時鐘線路，它是SPI通訊所必需的，它是由主機連接到PA4上的；MOSI和MISO是PA1、PA3的數(shù)據(jù)輸入、輸出接口，RQ是用NRF24L01發(fā)送的中斷引腳，它與PA2相連。在圖3.6中顯示了無線通訊的線路示意圖：圖3.6無線通信電路原理圖3.1.6顯示電路顯示屏為0.96英寸OLED，8引腳，內(nèi)置中文字庫，SPI通訊接口，OLED與字庫芯片共用SPI。引腳1為GND，接地，引腳2為VCC，直流電源為3.3V，在VCC和GND之間串聯(lián)兩個電容器，以穩(wěn)定電壓；引腳3是CLK，是SPI時鐘線路，OLED顯示屏和字庫芯片共有，PB9與MCUPB9相連，以單片機為主機，向主機發(fā)送時鐘信號。引腳4是MOSI，是SPI的數(shù)據(jù)線路，OLED與字庫芯片共有，并與PB8相連，以MCU為主機，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綇臋C。引腳5是DC，用于數(shù)據(jù)/指令的選擇，并與PB7的MCU相連。引腳6為CS1，與引腳8一樣，是連接PA6和PA4的CS2的選擇界面。當向引腳6輸入低電平時，單片機與OLED的SPI通訊，而在將低電平時，MCU與字庫芯片進行SPI通訊。引腳7是FSO，是字庫的數(shù)據(jù)輸出引腳，并與PB5相連接。在圖3.7中示出了顯示電路的示意圖：圖3.7顯示電路原理圖3.1.7報警電路該警報電路包括一條線路和兩條LED線路。該系統(tǒng)可以對溫度和濕度進行實時監(jiān)測，一旦超過預設的溫度和濕度，就會發(fā)出警告。圖3.8顯示了警報電路的原理圖：圖3.8報警電路原理圖3.1.8鍵盤電路鍵盤電路包括5個S1，S2連接到PA7,S2連接到MCUPB0，S3和S4連接到MCUPB10,S5與PB11連接。使用者可以設定溫度和濕度的警報門限，S5和S4是與溫度警報門限相關的，按S5+1，S4減1；S3和S2與濕度警報門限相關，按S3+1，S2減去1。S1可以控制蜂鳴器的開啟，當有警報聲音發(fā)出時，可以按下相關開關關閉，再按一次將其的重啟。鍵盤的電路圖如圖3.9所示：圖3.9鍵盤電路原理圖3.2從機硬件電路設計從機系統(tǒng)主要包括最小微系統(tǒng)，電源電路，無線通訊電路，中繼控制電路。圖3.10中顯示了從機硬件電路的流程圖：圖3.10從機硬件電路總體框圖3.2.1單片機最小系統(tǒng)主控制器采用STM32F103C8T6作為主控制器，通過按鍵對其進行重置。該時鐘電路由兩個晶振電路組成，分別為8MHz和32.768MHz的低速晶體振蕩。圖3.11展示了單片機最小化系統(tǒng)的基本情況：圖3.11單片機最小系統(tǒng)原理圖3.2.2電源電路從機的供電線路與主電源線路的設計是一樣的，該系統(tǒng)能將220伏交流電轉(zhuǎn)換為5V直流電，再將其轉(zhuǎn)化為3.3伏直流電，能在5V、3.3V范圍內(nèi)供電。3.2.3無線通信電路從站的無線通訊線路與主站的無線通訊線路相同，均使用NRF24L01型無線通訊芯片NRF24L01為基礎，實現(xiàn)了主機與從機之間的無線通訊。圖3.12顯示了無線通訊線路的原理：圖3.12無線通信電路原理圖3.2.4繼電器控制電路在接到主機指令后，對應的從站開始對電氣設備的開關進行控制。其功能是通過對微處理器輸出的小電流進行控制，從而實現(xiàn)對電器的控制。引腳1是一個常閉口，繼電器前端與引腳2相連，引腳2是一個公共的終端，引腳3是一個經(jīng)常關閉的終端。在P12將高電位輸入到中繼電路時，K1開關因EMI的作用而被吸合，將引腳2與引腳3相連接，從而構(gòu)成一個電流回路；在低壓狀態(tài)下，松開引腳1和引腳2，進行接合。該設備通過引腳2和引腳3相連，可以根據(jù)單片機的命令進行切換。圖3.13中顯示了這種繼電器的控制電路的原理圖：圖3.13繼電器控制電路原理圖4系統(tǒng)軟件方案設計軟件設計分為主、副兩大部分。該系統(tǒng)采用LD3320語言識別模塊，通過nRF24L01實現(xiàn)與從站的無線通訊。通過DHT11的溫度、濕度傳感器，實現(xiàn)了對環(huán)境的測量，并將其顯示在OLED屏幕上。在溫、濕度超過臨界點時，觸發(fā)蜂鳴器和LED發(fā)出警報，并由鍵盤設定門限，由機使用nRF24L01無線通訊模塊與主機進行無線通訊，并從主機接受命令，并按照指示將中繼器的高、低電平開啟或關斷中繼的開關，由此實現(xiàn)對家電的聲音控制。本系統(tǒng)采用C語言，以Keil5為基礎，編寫了相應的程序。4.1主機軟件4.1.1主程序流程圖著重介紹了LD3320語音識別系統(tǒng)的開發(fā)，包括nRF24L01通信、溫、濕度的采集、OLED屏幕的開發(fā)。首先要對整個系統(tǒng)進行初始化，先開啟RCC時鐘，再進行相應的I/O配置，OLED顯示器和nRF24L01都是使用SPI通訊協(xié)議的，需要配置相應的SPI接口。在LD3320語音識別模塊中，STC11必須與本地控制器STM32F103C8T6進行串口通訊，并設定相應的TX、RX，設定TX作為推挽輸出，RX作為浮動輸入。LD3320語音識別模塊在識別出聲音的同時，對所選的關鍵字進行判定，并對所使用的口令進行識別，利用NRF24L01通訊模塊向從機傳輸，由機可以按照命令進行相應的操作來控制LED燈和電機。通過DHT11溫度、濕度傳感器對溫度、濕度進行檢測，首先確定了溫度、濕度的報警閾值，AlarmTemp=0,AlarmTemp=0；它的溫度、濕度報警門限，可以根據(jù)按鍵的大小來設定，并根據(jù)按鍵的大小來調(diào)節(jié)門限的高低。在超過臨界溫度時，LED0=1,BUZZER=1,D2發(fā)光二極管點亮，蜂鳴聲；當濕度超過時，LED1=1,BUZZER=1,D1發(fā)光二極管燈點亮，蜂鳴聲響起。最終，通過OLED顯示屏，將溫度、濕度、報警閾值、家電狀況等全部顯示出來。圖4.1顯示了主程序的流程圖：圖4.1主機主程序流程圖4.1.2溫濕度采集模塊流程圖本系統(tǒng)需要對溫度、濕度進行測量，并由DHT11實時監(jiān)測，輸出為數(shù)字信號，不需要進行數(shù)模變換。DHT11僅有一條數(shù)據(jù)線路，因此DHT11的溫度、濕度傳感器通過特殊的控制時間來讀取數(shù)據(jù)。其時序包括三個部分：首先，啟動DHT11進行數(shù)據(jù)的采集；第二項是從1中讀出；第三項是從0中讀出數(shù)據(jù)。在DHT11進行數(shù)據(jù)采集時，首先要向DHT11發(fā)出一個重置信號，接收到的DHT11開始接收數(shù)據(jù)，然后向MCU發(fā)出一條接收信號，通知MCU接收數(shù)據(jù)。DHT11傳輸?shù)拿總€比特數(shù)據(jù)都是先設置低電平，再設置高電平，01可以通過高電平的持續(xù)時間來比較該數(shù)據(jù)信號，70微秒是1，28微秒是0。將數(shù)據(jù)傳送給單片機，從高到低，高位先出，總共40bit，5個字節(jié)。第一個大第四個字節(jié)是溫濕度，最后一個是檢查，它的功能就是檢查數(shù)據(jù)的正確性，把前面四個字節(jié)的數(shù)值的末尾八位進行比較，表示數(shù)據(jù)是對的，而不等表示的是反的。在正確的測試數(shù)據(jù)后，把溫度儲存在DTemp中，在DHumi保存濕度。溫度和濕度采集程序的流程如圖4.2所示：圖4.2溫濕度采集程序流程圖4.1.3OLED顯示模塊流程圖本系統(tǒng)的顯示屏是OLED屏幕，選擇0.96英寸的尺寸。本系統(tǒng)使用SPI通訊協(xié)議，單片機首先要設定相應的輸入/輸出端口，方能進行通訊。首先將OLED進行初始化，將指令寫到OLED上，可以設定成對比性等設定，然后設定數(shù)據(jù)在多個列中顯示，此點為起點，從起始位置開始。利用DTemp和DHumi的數(shù)值，可以在OLED顯示屏上顯示溫度、濕度警報閾值AlarmTemp。該屏幕也可以顯示目前的設備狀況，通過LigFlag和FanFlag來判定該設備是否處于開啟或關閉狀態(tài)。在圖4.3中示出了OLED顯示器的流程：圖4.3OLED顯示程序流程圖4.1.4無線通信模塊流程圖通過nRF24L01來完成本系統(tǒng)的無線通訊。單片機與MCU之間的通訊采用SPI，因此在進行初始化時，首先要設定好微處理器的輸入、輸出端和SPI通訊，然后通過微處理器STM32F103C8T6與nRF24L01進行通訊。由于該系統(tǒng)要實現(xiàn)對多個設備的語音控制，因此，主設備必須在從機之前完成無線通訊，而NRF24L01的通信則有若干個條件[7]。第一步是把信道設定成同樣的，通訊信道被設定成40，該RF_CH寄存器的內(nèi)部地址是0x05；第二個地址是一樣的，它有5個8位地址，把5個地址分別寫到0x34、0x43、0x10、0×10、0x01；第三種方法是，每次傳輸和接收的數(shù)據(jù)都具有同樣的寬度，最多32個字節(jié)，并且把數(shù)據(jù)寬度設定成32，而RX_PW_P0寄存器是0x11。在將NRF24L01設定為傳輸方式之前，將主機端用作傳輸端，配置CONFIG寄存器作為寫函數(shù)，設置PWR_UP和PRIM_RX為1，并將高電位輸入到芯片的CE輸入引腳，則可以設定為傳輸方式，也就是0x0e。向從機發(fā)送TX_Data陣列中的數(shù)據(jù)。在圖4.4中顯示了無線通訊程序的流程圖：圖4.4無線通信程序流程圖4.1.5語音識別模塊流程圖該系統(tǒng)使用LD3320作為語音識別的核心，其中LD3320僅用STC11單片機存儲50個關鍵字，每個關鍵字都有相應的標識代碼，見表格4.1：將關鍵字加入LD3320模塊，要求在FIFO緩沖中加入關鍵字，然后用0x37寄存器把關鍵字寫到04H上。它的識別項必須是漢語拼音，而且是國際通用語言。漢字的每一個拼音都要有一個空格。標識原則是，每一標識項都有一個空格字符，可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的，可以按照個人的想法來使用。由宏定義了每一關鍵句的標識代碼，從1至5的標識代碼分別是0xB0,0xB1,0xB2,0xB3,0xB4,，如果兩個關鍵字的標識代碼是相同的，則最終會得到同樣的結(jié)果。將06H寫到0x37的寄存器上，語音識別就會啟動。在確定了語音之后，會出現(xiàn)一個中斷，接著在BA的寄存器中會出現(xiàn)幾種不同的識別結(jié)果，通過讀出C5的寄存器，可以獲得最優(yōu)的識別效果。在完成身份驗證后，要將測試結(jié)果傳送給主機，因此，STC11必須與STM32F103C8T6進行串口通訊，必須對RXD和TXD進行串口初始化。聲音識別程序的流程圖如圖4.5所示：圖4.5語音識別程序流程圖4.2從機軟件4.2.1主程序流程圖從機負責對繼電器的斷開和斷開進行控制，無論做任何事情，都必須要得到主設備的命令。如果接收到的信息是“LigFlag=0”，則操作該繼電器，使其熄滅；當接收到LigFlag=1時，操作繼電器使其打開；當接收FanFlag=0的時候，控制繼電器將小風扇關掉；當接收到FanFlag=1時，操作繼電器，使小風扇開啟。該系統(tǒng)的設計是對兩個電源進行控制，點燈板僅對LigFlag信號做出響應，僅對LED燈開關進行開關控制，對FanFlag信號不做任何動作；馬達面板僅對FanFlag信號做出響應，僅能控制風扇的開啟和關閉，而不會對LigFlag信號進行處理。圖4.6中顯示了從主機的主程序的流程：圖4.6機主程序流程圖4.2.2無線通信模塊流程圖從機nRF24L01的無線通訊模組與主機的基本相同，其通訊信道、位址、接收資料的寬度均應相同。而從機則負責從主設備接收資料，并將其設定為接收方式。NRF24L01可以被設定為一個CONFIG寄存器的PWR_UP和PRIM_RX均為1，也就是0x0f，并將高電位輸入到芯片CE端口。在圖4.7中顯示了無線通訊程序的流程圖：圖4.7無線通信程序流程圖5系統(tǒng)調(diào)試及現(xiàn)象本系統(tǒng)在硬件、軟件設計完成后，對PCB板進行了焊接，并將其分成三塊。一塊主板，兩塊從機板。主板上電后，開啟電源，按下重置按鈕，可以看見OLED屏幕正常，此時，系統(tǒng)探測到25℃，濕度67%，警報溫度為25℃，報警濕度為65%。通過測試，顯示溫度為25℃，濕度為69%，DHT11的溫度和濕度都在正常范圍內(nèi)，顯示出該系統(tǒng)的溫度、濕度和OLED顯示屏都能夠正常工作。電源接通后，主機的整體外觀如5.1所示。圖5.1通電后的主機總體外觀另外兩塊從機面板，一塊控制面板，一塊控制一些風扇從面板。用聲音來識別無線設備的開關，首先要對主機說一聲“小愛”，然后通過語音喚醒識別模塊，再說“開燈”，這時，機板上的LED燈就會亮起來。當小燈從機器上點亮時，見圖5.2：圖5.2小燈從機打開小燈圖5.3風扇從機板上打開時，其流程如下：首先對該設備說“小愛”，然后再說“打開電機”，這時風扇從機盤上的小扇子上打開。圖5.3風扇從機板打開風扇鍵盤操作，可正常設置溫、濕度閾值，此時溫度報警率26℃，濕度報警率79%。將空氣呼入感應器，增加濕度，這時溫度超過臨界點會發(fā)出警報，D1燈亮起時，蜂鳴器就會發(fā)出聲音，警報功能正常，見圖5.4。圖5.4報警狀態(tài)在不同時間、不同地點進行了溫度和濕度測量，結(jié)果顯示在表5.1中。系統(tǒng)測試溫度值系統(tǒng)測試濕度值檢測器溫度值檢測器濕度值20°C65%RH19°C67%RH18°C70%RH20°C69%RH21°C71%RH20°C69%RH15°C64%RH15°C65%RH17°C67%RH19°C66%RH結(jié)論本系統(tǒng)以STM32F103C8T6為核心，研制了DHT11溫度、濕度采集模塊，以及DHT11的溫度、濕度采集模塊，并對其進行了測試。OLED顯示屏、LD3320語音識別模塊、nRF24L01和鍵盤模塊進行控制。LD3320的語音識別模塊在接收到聲音信號后，通過nRF24L01的無線通訊模塊向從設備控制面板發(fā)出命令，從而控制設備的開關。OLED顯示屏能實時顯示數(shù)據(jù)，通過DHT11感應器收集和處理環(huán)境中的溫度和濕度，并將其傳輸至OLED顯示屏。在溫度和濕度超過警報范圍時，會自動發(fā)出警報，并通過鍵盤設定溫度、濕度的警報。該系統(tǒng)通過遠程語音遙控開關，對溫度、濕度進行監(jiān)測，并具備報警功能，可根據(jù)需要設定報警門限。本系統(tǒng)所選用的組件并不昂貴，但性能都很好，符合本系統(tǒng)的要求，并且都是對環(huán)境友好的，所以在設計的時候，會將所有的垃圾都處