《基于STM32智能家居系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)》13000字（論文）

基于STM32智能家居系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)摘要隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與時(shí)代的進(jìn)步，越來(lái)越多的人群開(kāi)始將注意力投入到怎樣打造一個(gè)更加溫馨、舒適以及智能化的家居環(huán)境中來(lái)，人們的這種日益強(qiáng)烈的需求促進(jìn)了智能家居的發(fā)展，使其成為了時(shí)下最熱門(mén)的研究領(lǐng)域之一。本文針對(duì)智能家居控制系統(tǒng)，研究分析了國(guó)內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的最新研究進(jìn)展與成果，并針對(duì)現(xiàn)階段已有的智能家居控制系統(tǒng)在控制精度和實(shí)時(shí)性等方面的不足，提出了一款實(shí)時(shí)性好、精度高、成本低的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)具有較好的應(yīng)用和參考價(jià)值。本文系統(tǒng)性地研究了智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理以及方法，在已有開(kāi)發(fā)板的架構(gòu)上設(shè)計(jì)了硬件電路并且配備了軟件程序。主控芯片我們采用STM32F407微處理器作為主控單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)LD3320語(yǔ)音控制模塊、光敏電阻模塊、煙霧傳感器模塊的監(jiān)測(cè)與控制，通過(guò)ESP8266WIFI模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)手機(jī)與系統(tǒng)之間的通信。微處理器通過(guò)接收各模塊傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)來(lái)控制室內(nèi)的燈光、空調(diào)、門(mén)窗、窗簾等家具家電，從而實(shí)現(xiàn)智能家居之間的聯(lián)動(dòng)。并且用戶(hù)可以通過(guò)語(yǔ)音控制模塊對(duì)智能家具進(jìn)行語(yǔ)音控制，同時(shí)用戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)查看室內(nèi)的狀態(tài)，如果室內(nèi)環(huán)境參數(shù)出現(xiàn)異常，比如有煙霧泄露等情況則會(huì)向手機(jī)發(fā)送報(bào)警信息。軟件部分利用KeilMDKv5進(jìn)行編程，通過(guò)調(diào)用STM32F4官方函數(shù)庫(kù)對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊等進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家居的監(jiān)測(cè)與控制。關(guān)鍵詞：智能家居；STM32F407；ESP8266WIFI；LD3320語(yǔ)音控制第一章引言 第一章引言1.1研究背景和意義現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)技術(shù)、通信技術(shù)的快速發(fā)展，使人們?cè)谌粘Ｉ钪袑?duì)信息化、智能化、個(gè)性化的需求越來(lái)越大。

智能家居正是為滿(mǎn)足普通消費(fèi)者的這些要求而產(chǎn)生的。

智能家居早在十多年前就已經(jīng)被科學(xué)家提出來(lái)并進(jìn)行了相關(guān)研究和概念定義。

隨著現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及科學(xué)的日益進(jìn)步，消費(fèi)者對(duì)于家居的智能化也有了更高的要求。傳統(tǒng)家電已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代人的日常生活需要，在這種情況下智能家居便應(yīng)運(yùn)而生了。

然而，由于當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的巨大限制，智能家居僅僅停留在理論水平，在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用很少。

直到1980，隨著科學(xué)技術(shù)的興起和產(chǎn)業(yè)研發(fā)投入的增加，早期的智能電器才開(kāi)始出現(xiàn)在市場(chǎng)上，智能家居的實(shí)用化成為可能。近年來(lái)，隨著許多信息巨頭以及傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)大廠(chǎng)對(duì)智能家居行業(yè)的攝入，人們對(duì)便捷、舒適、安全生活方式的需求也在不斷提升。

它以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，IoT傳感技術(shù)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)家庭中各種電氣設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控與智能控制，使用戶(hù)可以在家庭環(huán)境下通過(guò)智能設(shè)備來(lái)改變自己的生活方式，同時(shí)也能改善家庭環(huán)境。

小米，阿里巴巴以及蘋(píng)果，三星等外國(guó)公司紛紛進(jìn)入我國(guó)智能家居市場(chǎng)。

智能家居系統(tǒng)對(duì)直接使用者來(lái)說(shuō)具有很大的影響，它不僅會(huì)給使用者帶來(lái)便利，而且還會(huì)對(duì)使用者產(chǎn)生一定的使用感覺(jué)。

但是由于智能家居系統(tǒng)涉及到了許多復(fù)雜的軟硬件技術(shù)，其應(yīng)用范圍還不夠廣泛。目前，我國(guó)大部分地區(qū)都處于傳統(tǒng)的家居模式下，無(wú)法滿(mǎn)足人們?nèi)找嫣嵘囊蟆?/p>

所以，在智能家居系統(tǒng)的研究中，用戶(hù)的使用感和系統(tǒng)的效率是很重要的方面。

智能家居環(huán)境下，用戶(hù)可以通過(guò)軟件或硬件操作和控制智能家居設(shè)備，實(shí)現(xiàn)人與人、信息與物理空間的完全連接[1]。智能家居的普及讓人們能夠根據(jù)自己的需求設(shè)計(jì)出適合自己的家居環(huán)境，從普通家電到智能家居，這可以說(shuō)是一個(gè)時(shí)代的跨度。

智能家電進(jìn)入人們生活的同時(shí)也解放了人們的雙手，提高了人們生活質(zhì)量；一些監(jiān)控裝置提高了家庭的安防水平；各種控制面板開(kāi)關(guān)的集成不僅提供了視覺(jué)上的舒適度，并且高效的解決了空間浪費(fèi)的問(wèn)題。

不過(guò)由于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)還有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，傳統(tǒng)的家居控制方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們的需求，而智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用又能很好地實(shí)現(xiàn)這些功能。

因此，在現(xiàn)有通信技術(shù)的基礎(chǔ)上研究和設(shè)計(jì)智能家居的智能家居終端控制系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀智能家居不是最近的產(chǎn)物。它以一種概念的形式在消費(fèi)者和行業(yè)專(zhuān)家中流行起來(lái)。智能家居概念始于遙控器的發(fā)明，由尼古拉特斯拉于1898年推出[2]。20世紀(jì)初西方經(jīng)歷了工業(yè)革命，為推出家用電器鋪平了道路。1901年，出現(xiàn)了第一個(gè)真空吸塵器，然后是電動(dòng)洗碗機(jī)、干衣機(jī)、洗衣機(jī)和冰箱也相繼出現(xiàn)。這些不是“智能”的家電，但它們卻是現(xiàn)代智能家居的雛形[3]。到了20世紀(jì)30年代，科學(xué)家們將視角轉(zhuǎn)向了家庭自動(dòng)化技術(shù)，但在1966年之前，這些想法并沒(méi)有被實(shí)現(xiàn)，直到第一個(gè)智能自動(dòng)化系統(tǒng)“回聲IV”的開(kāi)發(fā)，該設(shè)備允許消費(fèi)者創(chuàng)建計(jì)算購(gòu)物列表，控制家庭的溫度并打開(kāi)和關(guān)閉電器。1969年出現(xiàn)了一款可以智能化控制廚房電器的系統(tǒng)，但由于價(jià)格，該設(shè)備并未成功商業(yè)化。1971年，微控制器的開(kāi)發(fā)導(dǎo)致電子設(shè)備的價(jià)格降低，使電子設(shè)備也可以進(jìn)入尋常百姓家了[4]。21世紀(jì)初歐美已經(jīng)率先進(jìn)行了智能家居技術(shù)普及。不同的技術(shù)出現(xiàn)并慢慢集成在居民家中。智能家庭開(kāi)始成為許多消費(fèi)者的選擇。用戶(hù)在那時(shí)便能夠通過(guò)智能家居系統(tǒng)對(duì)門(mén)窗及煙霧進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警了。發(fā)達(dá)國(guó)家尤其是美國(guó)與智能家居的淵源很深，自1984年世界上第一座智能建筑在美國(guó)出現(xiàn)以來(lái)，許多發(fā)達(dá)國(guó)家提出了多種智能家居的解決方案，智能家居在美國(guó)早先就得到了廣泛的應(yīng)用。美國(guó)擁有世界上最大的智能家居市場(chǎng)，目前，其智能家居產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展得更加成熟，市場(chǎng)已經(jīng)開(kāi)始成形，產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)完整。作為全球智能家居市場(chǎng)滲透率最大、滲透率最高的國(guó)家，美國(guó)的智能家居市場(chǎng)容量同時(shí)也在不斷增長(zhǎng)，根據(jù)Statista發(fā)布的《2021年全球智能家居市場(chǎng)展望報(bào)告》，2020年美國(guó)智能家居設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到233億美元[5]。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀在其他發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)初步步入智能家居領(lǐng)域研究的時(shí)候，我國(guó)有關(guān)智能家居領(lǐng)域的研究卻并未起步，人們對(duì)于智能化的生活還沒(méi)有概念，但是隨著我國(guó)近年來(lái)在信息科技領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，智能家居領(lǐng)域的研究也逐漸步入正軌并且擁有極大的市場(chǎng)潛力。

計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)和平板電腦的出現(xiàn)，使人們能夠隨時(shí)保持聯(lián)系，同時(shí)這些跨時(shí)代的電子產(chǎn)品的出現(xiàn)又增加了市場(chǎng)對(duì)智能家居產(chǎn)品的需求。我國(guó)智能家居市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)離不開(kāi)以下因素：人們智能家居技術(shù)的認(rèn)識(shí)不斷提高、物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)大幅增長(zhǎng)、政府的支持和城市化進(jìn)程加快以及遠(yuǎn)程家庭安防的重要性不斷提高。此外，電信運(yùn)營(yíng)商為了支持智能家居的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，正著手研究解決信號(hào)以及延遲問(wèn)題，用以提供更加穩(wěn)定并且強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)方案。預(yù)計(jì)到2025年，4G和5G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)覆蓋全國(guó)，同時(shí)中國(guó)將擁有世界上最大的5G市場(chǎng)[6]。2021年底，中國(guó)的城市人口已占到全國(guó)人口的61.4%，此外，中國(guó)制造2025戰(zhàn)略、國(guó)家新型城鎮(zhèn)化計(jì)劃智慧城市項(xiàng)目、中國(guó)第十四個(gè)五年發(fā)展規(guī)劃和等舉措，也會(huì)推動(dòng)中國(guó)智能家居市場(chǎng)的發(fā)展，加上政府的大力扶持也為為智能家居行業(yè)創(chuàng)造了巨大的機(jī)會(huì)，中國(guó)的智能家居市場(chǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[7]。除了全國(guó)范圍內(nèi)的舉措，中國(guó)的大型企業(yè)，從互聯(lián)網(wǎng)巨頭到智能家電制造商，都對(duì)中國(guó)智能家居的市場(chǎng)投入了極大的心血。傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)大廠(chǎng)，如阿里巴巴、華為、百度、小米和其他許多公司不約而同都涉足了“智能家居”產(chǎn)品市場(chǎng)，其中小米公司聯(lián)合許多智能家電制造商創(chuàng)立了一個(gè)完整的智能家居的產(chǎn)業(yè)鏈。最近兩年，因?yàn)樾鹿谝咔榈谋l(fā)而導(dǎo)致人們被隔離在家里，國(guó)家的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)也受到了很大的沖擊，但智能家居的發(fā)展卻并沒(méi)有停滯。疫情期間，人們的家務(wù)勞動(dòng)的負(fù)擔(dān)增加了，反而使解放雙手的智能家居更快的進(jìn)入尋常百姓家。此外，千兆寬帶在也在居民區(qū)開(kāi)始普及，更高的網(wǎng)速以及耕地的延遲加上現(xiàn)在人手一臺(tái)的智能手機(jī)，使得智能家居設(shè)備的可及性已大幅提高。1.3論文主要工作本文采用比較的方法對(duì)現(xiàn)有的智能家居控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，文中對(duì)系統(tǒng)軟硬件各功能模塊進(jìn)行具體實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)基于STM32的檢測(cè)系統(tǒng)具有更好的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性性能。

該系統(tǒng)通過(guò)采集多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)的正確性，旨在為大眾設(shè)計(jì)一個(gè)舒適、愉悅的智能家居系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，還可以根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)節(jié)智能家居狀態(tài)。

這篇論文詳細(xì)介紹了設(shè)計(jì)過(guò)程中使用的相關(guān)模塊的知識(shí)，分析了各個(gè)硬件電路的工作原理，并說(shuō)明了軟件結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果。第二章基于STM32智能家居系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)整體系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)是開(kāi)發(fā)智能家居控制系統(tǒng)的一個(gè)重要步驟。通過(guò)整體系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，可以明確控制系統(tǒng)所需的各種功能。本章從普通家庭的實(shí)際需求出發(fā)，結(jié)合智能家居市場(chǎng)的實(shí)際情況，詳細(xì)分析了控制系統(tǒng)的功能需求。2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)與原則在項(xiàng)目實(shí)施前，首先要考慮項(xiàng)目面臨的問(wèn)題，評(píng)估項(xiàng)目計(jì)劃，探討如何解決項(xiàng)目實(shí)施中可能遇到的問(wèn)題，為項(xiàng)目的實(shí)施和設(shè)計(jì)做好充分準(zhǔn)備[9]。

同時(shí)，還需制定一套切實(shí)可行的實(shí)施方案。只有這樣才能使項(xiàng)目得以順利地完成。然后根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需求，以STM32F4系列芯片為核心搭建智能家居系統(tǒng)。

通過(guò)軟件編程和硬件電路相結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)產(chǎn)品的功能。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期效果，可根據(jù)需要量產(chǎn)投放市場(chǎng)。

因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循簡(jiǎn)單易用、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠、可擴(kuò)展四項(xiàng)原則[8]。2.2硬件選擇2.2.1微控制器選擇微控制器在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中起著非常重要的作用，它決定了系統(tǒng)的處理速度、性能和可擴(kuò)展性等，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)選型時(shí)，本文提供兩種選擇方案。（1）如果旨在僅執(zhí)行一項(xiàng)任務(wù)的應(yīng)用程序通常由8位微控制器來(lái)操作，這些應(yīng)用程序幾乎沒(méi)有數(shù)據(jù)處理并且用戶(hù)界面（UI）受限制。所有尺寸都可在8位微控制器中使用，范圍從6引腳設(shè)備到64引腳芯片。閃存的大小也從512字節(jié)到256KB不等，SRAM的大小從32字節(jié)到8KB或更大，而EEPROM的范圍從0到4K或更大。（2）與8位微處理器類(lèi)似，但32位微控制器功能強(qiáng)大，并提供指令流水線(xiàn)，存儲(chǔ)器保護(hù)，浮點(diǎn)單元（FPU），分支預(yù)測(cè)和板載調(diào)試器等高級(jí)功能。在指令流水線(xiàn)中，處理器核心會(huì)在時(shí)間之前預(yù)取后續(xù)指令。在分支預(yù)測(cè)中，預(yù)先獲取了if-else條件的兩個(gè)結(jié)果的以下指令，從而使代碼執(zhí)行迅速。由FPU進(jìn)行的浮點(diǎn)計(jì)算比SW實(shí)現(xiàn)的方法要快。有一個(gè)內(nèi)存保護(hù)單元，以確保操作系統(tǒng)的關(guān)鍵部分不會(huì)被應(yīng)用程序代碼意外覆蓋。結(jié)合面向用戶(hù)的智能家居性能和控制要求，我們選擇了32位的STM32控制器。它很容易使用，只需要調(diào)用API函數(shù)接口就可以驅(qū)動(dòng)外設(shè)而不需要操作寄存器配置，并且它快速穩(wěn)定，有許多外設(shè)和GPIO接口供以后擴(kuò)展[9]。2.2.2無(wú)線(xiàn)通信模塊選擇我們的智能家居控制系統(tǒng)需要選擇無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)智能控制，選擇合適的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)模塊對(duì)于系統(tǒng)可靠性非常重要，現(xiàn)給出兩種方案參考。（1）ZigBee技術(shù)一項(xiàng)新型的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，適用于傳輸范圍短數(shù)據(jù)傳輸速率低的一系列電子元器件設(shè)備之間，特點(diǎn)如下[10]：①低速率，ZigBee工作在20~250kbps的速率。②近距離，傳輸范圍一般介于10~100m之間。③工作頻段常見(jiàn)在2.4GHz。④低功耗，2節(jié)5號(hào)干電池可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作6~24個(gè)月。（2）WIFI技術(shù)是一種可以將個(gè)人筆記本、手持設(shè)備等終端以無(wú)線(xiàn)方式進(jìn)行相互連接的技術(shù)，特點(diǎn)如下：高速率，傳輸速率維持在11~54Mbps之間。距離遠(yuǎn)，通信距離覆蓋范圍為20~200m之間。工作頻段常見(jiàn)在2.4GHz。功耗較高，功耗平均維持在10~50mA。通過(guò)對(duì)以上無(wú)線(xiàn)通信模塊的比較分析，可以看出ZigBee技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸不方便，通信距離短，導(dǎo)致通信中斷WIFI技術(shù)不適合智能家居系統(tǒng)應(yīng)用，因此，WIFI技術(shù)更適合智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。2.2.3語(yǔ)音控制模塊選型為了實(shí)現(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)的控制要求，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)系統(tǒng)，方便用戶(hù)用簡(jiǎn)單的語(yǔ)音命令來(lái)控制家居設(shè)備。同時(shí)為了滿(mǎn)足智能家居語(yǔ)識(shí)別場(chǎng)景和產(chǎn)品性能的需求，我們采用非特異性的非特定人語(yǔ)音識(shí)別模式來(lái)設(shè)計(jì)需求，給出兩種參考方案[11]。（1）利用DSP芯片和語(yǔ)音算法語(yǔ)音識(shí)別控制設(shè)計(jì)。用戶(hù)可以使用DSP芯片來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)一個(gè)語(yǔ)音識(shí)別控制系，當(dāng)語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)麥克風(fēng)輸入時(shí)對(duì)模擬語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣。

但同時(shí)用戶(hù)必須自建一個(gè)含有數(shù)百個(gè)樣本的語(yǔ)音庫(kù)。（2）LD3320語(yǔ)音識(shí)別芯片采用ASR技術(shù)，用戶(hù)只需將識(shí)別的關(guān)鍵詞以字符串的形式轉(zhuǎn)入芯片，即在下次識(shí)別時(shí)就可以立即生效。用戶(hù)只需對(duì)芯片的寄存器進(jìn)行設(shè)置，將諸如“你好”等關(guān)鍵詞的內(nèi)容動(dòng)態(tài)地傳輸?shù)叫酒?，芯片就可以識(shí)別所設(shè)定的關(guān)鍵詞。每個(gè)關(guān)鍵詞可以是一個(gè)單字、一個(gè)短語(yǔ)、一個(gè)短句或任何中文讀音的組合?；贚D3320的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)可以在運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)態(tài)改變關(guān)鍵詞列表的內(nèi)容，這樣就可以用一個(gè)系統(tǒng)支持多種不同的場(chǎng)景，并且不需要用戶(hù)進(jìn)行任何錄音訓(xùn)練。因?yàn)镈SP芯片需要采集聲音樣本，建立語(yǔ)音識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)，需要更多的時(shí)間和成本，編程開(kāi)發(fā)困難，成本較高，所以采用LD3320芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別控制。2.3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案基于STM32智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能為非特定語(yǔ)音控制和手機(jī)APP實(shí)時(shí)監(jiān)控家居狀態(tài)、智能控制家電狀態(tài)、遇到煙氣如煤氣泄漏及時(shí)報(bào)警。系統(tǒng)整體框架圖如圖2.1所示，該系統(tǒng)由硬件模塊、主控部分、家具家電控制部分和互動(dòng)通訊部分組成。互動(dòng)通訊部分允許用戶(hù)使用手機(jī)APP查看客廳的狀態(tài)，使用LD3320語(yǔ)音識(shí)別來(lái)控制家里的門(mén)窗、燈光等，硬件模塊部分由一些傳感器和檢測(cè)模塊組成。在這個(gè)系統(tǒng)的基本功能上還可以擴(kuò)展其他功能，如TFLCD液晶屏、溫濕度傳感器、PM2.5檢測(cè)裝置等[12]。圖2.1系統(tǒng)整體框架圖2.4本章小結(jié)本章的主要內(nèi)容是對(duì)基于STM32系統(tǒng)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行辯證分析和可行性論證，簡(jiǎn)要說(shuō)明了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的和原則，介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中器件選擇的對(duì)比分析，最后介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體框架。第三章基于STM32智能家居系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)我們選取了STM32F407ZGT6作為智能家居系統(tǒng)的主控中心，此系統(tǒng)的整體電路示意圖如圖3.1所示。首先，我們?cè)O(shè)計(jì)外圍電路，包括系統(tǒng)復(fù)位電路、時(shí)鐘電路和晶體電路。其次，我們?cè)O(shè)計(jì)硬件電路，如光敏電阻模塊電路、煙霧傳感器模塊電路、LD3320語(yǔ)音控制模塊電路和ESP8266WIFI模塊電路。最后，在系統(tǒng)中加入一些擴(kuò)展電路，包括門(mén)窗燈的繼電器電路、手機(jī)APP的串行通信電路等。圖3.1系統(tǒng)電路示意圖3.1STM32F4梗概3.1.1STM32F4介紹STM32F407ZGT6芯片實(shí)物如圖3.2，作為CortexM3市場(chǎng)的最大股東，意法半導(dǎo)體在2011年推出了基于CortexM4內(nèi)核的STM32F4系列產(chǎn)品。與STM32F1/F2等CortexM3產(chǎn)品相比，STM32F4的最大優(yōu)勢(shì)在于增加了硬件FPU單元和DSP指令。這使得STM32F4特別適合需要浮點(diǎn)運(yùn)算或DSP處理的應(yīng)用，也被稱(chēng)為DSC，具有非常廣泛的應(yīng)用[13]。圖3.2STM32F407ZGT6芯片實(shí)物與STM32F1相比，STM32F4主要有以下優(yōu)點(diǎn)[14]：更先進(jìn)的內(nèi)核、擁有更多的資源、外設(shè)功能更多、性能更優(yōu)越、功耗更低。表3.1為STM32F4系列處理器詳細(xì)對(duì)比分析介紹。3.1.2STM32F4時(shí)鐘系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)是CPU的脈沖，就像人的心跳一樣。所以時(shí)鐘系統(tǒng)的重要性不言而喻，STM32F4一共有五個(gè)時(shí)鐘源，HSI、HSE、LSI、LSE、PLL其中PLL實(shí)際上分為兩個(gè)時(shí)鐘源，分別是主PLL和專(zhuān)用PLL。從時(shí)鐘頻率上看要分為高速時(shí)鐘源和低速時(shí)鐘源，在這五個(gè)中HSI、HSE和PLL是高速時(shí)鐘，LSI和LSE是低速時(shí)鐘。LSI和LSE是低速時(shí)鐘。從源頭上可以分為外部時(shí)鐘源和內(nèi)部時(shí)鐘源，外部時(shí)鐘源是指通過(guò)連接晶振從外部獲得的時(shí)鐘源，其中HSE和LSE是外部時(shí)鐘源，其他是內(nèi)部時(shí)鐘源。內(nèi)部高速時(shí)鐘HSI由一個(gè)RC振蕩器產(chǎn)生，頻率為16MHz，可直接用作系統(tǒng)時(shí)鐘或鎖相環(huán)時(shí)鐘輸入。外部高速時(shí)鐘HSE一般由外部石英或陶瓷振蕩器和外部時(shí)鐘源產(chǎn)生，時(shí)鐘頻率范圍為4MHz至26MHz。內(nèi)部低速時(shí)鐘LSI由一個(gè)頻率為32kHz的RC振蕩器產(chǎn)生，提供一個(gè)低功耗時(shí)鐘，專(zhuān)門(mén)用于獨(dú)立看門(mén)狗和自動(dòng)喚醒單元。外部低速時(shí)鐘LSE由一個(gè)外部石英晶體產(chǎn)生，頻率為32.768kHz。鎖相環(huán)時(shí)鐘PLL是鎖相環(huán)頻率倍增器的輸出時(shí)鐘。STM32F4有兩個(gè)鎖相環(huán)時(shí)鐘（PLL）。系統(tǒng)時(shí)鐘SYSCLK時(shí)鐘源由RCC_CFGR配置寄存器的SW位配置，以選擇要使用的時(shí)鐘源?？梢耘渲眠x擇的時(shí)鐘源是HSI振蕩器時(shí)鐘、HS振蕩器時(shí)鐘和PLL時(shí)鐘。3.1.3STM32F4最小系統(tǒng)STM32F4最小系統(tǒng)是智能家居系統(tǒng)的核心控制部分，最小系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)要保證系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。電源電路增加了濾波電路以保證電壓穩(wěn)定，時(shí)鐘電路選擇了性能良好的8MHz和32.768晶振電路，復(fù)位電路保證了系統(tǒng)在工作不正常時(shí)立即復(fù)位。系統(tǒng)采用STM32F407ZGT6控制器，它具有144個(gè)GPIO端口，LQFP144封裝，1024KBFLASH，最大處理速度為168MHz，占地面積小，功能強(qiáng)大，是設(shè)計(jì)面向用戶(hù)的智能家居系統(tǒng)的理想選擇。在復(fù)位電路中，當(dāng)未按下復(fù)位按鈕時(shí)，保證系統(tǒng)正常工作，當(dāng)按下復(fù)位按鈕時(shí)，保證系統(tǒng)由非正常工作轉(zhuǎn)為正常工作。在啟動(dòng)電路中，配置BOOT0和BOOT1可以組合為閃存啟動(dòng)模式、系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng)模式和SRAM模式。STM32有三種啟動(dòng)模式如表3.2所示，本控制系統(tǒng)中設(shè)置的啟動(dòng)模式是內(nèi)置1024KBFLASH主閃存的啟動(dòng)模式。當(dāng)BOOT0連接到X（可以是高電平或低電平），BOOT1連接到低電平時(shí)，啟動(dòng)模式為閃存啟動(dòng)。[15]。表3.2STM32啟動(dòng)模式引腳BOOT0引腳BOOT1啟動(dòng)模式說(shuō)明X0主閃存存儲(chǔ)器啟動(dòng)區(qū)域改為主閃存存儲(chǔ)器01系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng)區(qū)域改為系統(tǒng)存儲(chǔ)器11內(nèi)置SRAM啟動(dòng)區(qū)域改為內(nèi)置SRAM3.2光敏電阻模塊在智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，光敏電阻模塊可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)外的光線(xiàn)強(qiáng)度，在早晨通過(guò)監(jiān)測(cè)陽(yáng)光強(qiáng)度智能打開(kāi)窗簾、門(mén)窗，晚上隨著光線(xiàn)強(qiáng)度的降低智能關(guān)閉窗簾、門(mén)窗，智能調(diào)節(jié)客廳的燈光強(qiáng)度。光敏傳感器是最常見(jiàn)的傳感器之一，其種類(lèi)很多：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光電晶體管、太陽(yáng)能電池、紅外傳感器、紫外傳感器、光纖光電傳感器、彩色傳感器、CCD和CMOS圖像傳感器等。光傳感器是目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的傳感器之一，在自動(dòng)控制和非電量電測(cè)技術(shù)中占有非常重要的地位。光敏傳感器是一種使用光敏元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器。圖3.3所示的光敏電阻模塊，對(duì)可見(jiàn)光波長(zhǎng)附近的波長(zhǎng)敏感，包括紅外波長(zhǎng)和紫外波長(zhǎng)。光傳感器并不局限于對(duì)光的檢測(cè)，它還可以作為檢測(cè)元件組成其他的傳感器來(lái)檢測(cè)許多非電氣量，只要這些非電氣量被轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的變化即可。圖3.3光敏電阻模塊開(kāi)發(fā)板板載了一個(gè)光敏二極管（光敏電阻），作為一個(gè)光敏傳感器，它對(duì)光線(xiàn)的變化非常敏感。光電二極管也被稱(chēng)為光敏二極管。光電二極管在結(jié)構(gòu)上類(lèi)似于半導(dǎo)體二極管，它的核心是一個(gè)具有光敏特性的PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦裕运枰粋€(gè)反向電壓才能工作。當(dāng)沒(méi)有光照時(shí)，有一個(gè)很小的飽和反向漏電流，即暗電流，此時(shí)光電二極管截止。當(dāng)有光照時(shí)，飽和反向漏電流大大增加，形成光電流，它隨入射光的強(qiáng)度而變化。當(dāng)光照射到PN結(jié)時(shí)，可以使PN結(jié)產(chǎn)生電子—空穴對(duì)，從而使少數(shù)載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，這增加了反向電流。因此，可以利用光的強(qiáng)度來(lái)改變電路中的電流。利用這一電流變化，我們串聯(lián)一個(gè)電阻，它可以轉(zhuǎn)化為電壓的變化，這樣電壓值就可以由ADC讀取，以確定外部光的強(qiáng)度。3.3煙霧傳感器模塊人們?cè)诩抑胁豢杀苊馐褂靡恍┨烊粴饣蛞夯瘹鉄?、做飯等一系列事件，而很有可能?huì)發(fā)生沒(méi)關(guān)天然氣或者天然氣泄漏的情況，這時(shí)需要天然氣或者氣體檢測(cè)裝置來(lái)測(cè)量天然氣或氣體的泄露來(lái)確保人們的居家安全。煙氣泄漏檢測(cè)模塊采用ZYMQ-2型氣敏式傳感器，ZYMQ-2型氣敏式傳感器是根據(jù)二氧化錫在潔凈空氣中的導(dǎo)電性原理制成。當(dāng)傳感器處于有毒氣體泄漏的環(huán)境中時(shí)，氣敏型傳感器的電導(dǎo)率會(huì)隨著環(huán)境中有毒氣體濃度的增加而增加。由于ZYMQ-2氣敏型傳感器對(duì)氮?dú)?、甲烷、一氧化碳和空氣等氣體的電阻值不同，所以使用時(shí)應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)。ZYMQ-2型煙霧傳感器模塊實(shí)物如圖3.4所示，該煙霧傳感器具有以下特點(diǎn)[16]：（1）有一個(gè)信號(hào)輸出指示燈，便于查看測(cè)量結(jié)果的變化。（2）采用兩種輸出模式，TTL量輸出模式和模擬量輸出模式。（3）輸出高電平表示環(huán)境中沒(méi)有可檢測(cè)的氣體泄漏，輸出低電平表示環(huán)境中存在可檢測(cè)的氣體泄漏。（4）對(duì)甲烷和天然氣的檢測(cè)靈敏度高。（5）壽命周期長(zhǎng)，監(jiān)測(cè)穩(wěn)定性和可靠性高。（6）響應(yīng)恢復(fù)特性快，實(shí)用性強(qiáng)。圖3.54煙霧傳感器實(shí)物圖煙霧傳感器的工作原理是：在清潔的環(huán)境中，氣敏材料的電導(dǎo)率較低，當(dāng)環(huán)境中發(fā)生可燃?xì)怏w或有毒氣體泄漏時(shí)，隨著泄漏氣體濃度的增加，煙霧傳感器的氣敏材料的電導(dǎo)率變大，煙霧傳感器模塊的輸出端輸出低電平，STM32監(jiān)測(cè)到低電平輸入時(shí)，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)。3.4ESP8266WIFI模塊ESP8266WIFI模塊實(shí)物圖如圖3.5所示，ATK-ESP8266是ALIENTEK的高性能UART-WiFi（串行-無(wú)線(xiàn)）模塊。ATK-ESP8266搭載了愛(ài)思考的ESP8266模塊，該模塊通過(guò)了FCC、CE認(rèn)證，可以直接用于產(chǎn)品出口到歐美國(guó)家。本系統(tǒng)采用ESP8266作為WIFI模塊，主要是因?yàn)槠涑偷某杀竞途碌奶幚砥髋cWIFI芯片的集成，具有GPIO、PWM、I2C、1-Wire、ADC等功能，為我們提供了一個(gè)性?xún)r(jià)比極高的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。ESP8266是一個(gè)完整的、獨(dú)立的WIFI網(wǎng)絡(luò)解決方案，能夠承載軟件應(yīng)用，這意味著應(yīng)用程序可以直接在ESP8266上運(yùn)行，也可以通過(guò)其他應(yīng)用處理器進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯處理，而只使用ESP8266的WIFI網(wǎng)絡(luò)功能（通常作為串口直通。目前淘寶上賣(mài)的大部分已經(jīng)寫(xiě)好了基于AT指令的串口轉(zhuǎn)WIFI固件，方便直接連接到原單片機(jī)系統(tǒng)上）[17]。圖3.5ESP8266WIFI模塊ESP8266WIFI模塊支持串行通信，兼容3.3V和5V微控制器系統(tǒng)，只需要幾個(gè)簡(jiǎn)單的AT命令就可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。該模塊有三種模式：串行AP、串行STA和串行STA+AP模式，以快速實(shí)現(xiàn)該模塊與其他設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通信。ESP8266WIFI模塊支持STA、AP和STA+AP三種模式。（1）串口無(wú)線(xiàn)WIFI（COM-AP）模式，模塊作為無(wú)線(xiàn)WIFI熱點(diǎn)，允許其他WIFI設(shè)備連接到本模塊，實(shí)現(xiàn)串口與其他設(shè)備之間的無(wú)線(xiàn)（WIFI）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換互傳。（2）串口無(wú)線(xiàn)STA（COM-STA）模式，模塊作為無(wú)線(xiàn)WIFISTA，用于連接到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)串口與其他設(shè)備之間的無(wú)線(xiàn)（WIFI）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換互傳。（3）串口無(wú)線(xiàn)AP+STA（COM-AP+STA）模式，模塊既作無(wú)線(xiàn)WIFIAP，又作無(wú)線(xiàn)STA，其他WIFI設(shè)備可以連接到該模塊，模塊也可以連接到其他無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)串口與其他設(shè)備之間的無(wú)線(xiàn)（WIFI）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換互傳[18]。3.5語(yǔ)音控制模塊方便友好的智能家居系統(tǒng)不需要每次都手動(dòng)操作，例如，坐在沙發(fā)上看電視可以通過(guò)語(yǔ)音控制打開(kāi)和關(guān)閉空調(diào)，睡覺(jué)前可以通過(guò)語(yǔ)音調(diào)整燈光的亮度和開(kāi)關(guān)。LD3320芯片實(shí)物圖如圖3.6所示，綜合實(shí)際情況，達(dá)到面向用戶(hù)的智能家居系統(tǒng)語(yǔ)音控制要求選取LD3320語(yǔ)音控制模塊。圖3.6LD3320芯片實(shí)物圖本模塊的實(shí)際電路是由STC11單片機(jī)和LD3320芯片組成的語(yǔ)音識(shí)別模塊，它支持并行接口和串行接口。本系統(tǒng)語(yǔ)音識(shí)別模塊芯片LD3320模塊電路中，LD3320芯片通過(guò)8位并行接口與STC11單片機(jī)進(jìn)行通信，此時(shí)使用8個(gè)數(shù)據(jù)線(xiàn)信號(hào)、4個(gè)控制信號(hào)和1個(gè)中斷信號(hào)；LD3320芯片與STC11單片機(jī)的串行通信采用SPI協(xié)議，首先將MD信號(hào)拉高，SPIS信號(hào)拉低接地然后使用4條信號(hào)線(xiàn)，即片選信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)、輸入信號(hào)、輸出信號(hào)。LD3320識(shí)別原理圖如圖3.7所示，用戶(hù)的語(yǔ)音進(jìn)入語(yǔ)音識(shí)別部分后，LD3320將處理后的數(shù)據(jù)并行傳輸給主控制器，主控制器將命令數(shù)據(jù)發(fā)送到可擴(kuò)展的外圍串口設(shè)備，實(shí)現(xiàn)處理后的控制操作。本設(shè)計(jì)的主要技術(shù)關(guān)鍵是語(yǔ)音信號(hào)的采集以及處理和判斷，語(yǔ)音芯片LD3320提供的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)是基于關(guān)鍵詞列表的識(shí)別技術(shù)。隨著識(shí)別結(jié)果的輸出，再利用單片機(jī)的IO口來(lái)控制家電產(chǎn)品[19]。圖3.7LD3320語(yǔ)音識(shí)別過(guò)程LD3320語(yǔ)音控制模塊中斷響應(yīng)，只要音頻采集電路采集到聲音信號(hào)，模塊就會(huì)產(chǎn)生中斷信號(hào)。3.6本章小結(jié)本章首先介紹了面向用戶(hù)的智能家居系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)圖，并從整體上總結(jié)了系統(tǒng)的硬件電路；其次，主要介紹了STM32F4最小系統(tǒng)幾個(gè)模塊的電路、工作模式和工作原理以及硬件設(shè)計(jì)，并完成了整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)建和各個(gè)模塊的功能。第四章基于STM32智能家居系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及調(diào)試軟件設(shè)計(jì)是控制系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，也是各功能模塊能夠正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要由三部分組成：光敏電阻和煙霧報(bào)警模塊、LD3320語(yǔ)音控制模塊和ESP8266WIFI通信模塊的程序設(shè)計(jì)。4.1KeilMDKv5簡(jiǎn)介MDK起源于德國(guó)的KEIL，是RealViewMDK的簡(jiǎn)稱(chēng)。全球有超過(guò)10萬(wàn)名嵌入式開(kāi)發(fā)工程師在使用MDK。最新版本是MDK5.14，它使用uVision5IDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，是目前ARM處理器，特別是CortexM內(nèi)核的最佳開(kāi)發(fā)工具。MDK5向后兼容MDK4、MDK3等。以前的項(xiàng)目也可以在MDK5上開(kāi)發(fā)（但是你必須自己添加所有的頭文件），MDK5還加強(qiáng)了對(duì)Cortex-M微控制器開(kāi)發(fā)的支持，并升級(jí)了傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)模式和界面。軟件包可以獨(dú)立于工具鏈進(jìn)行升級(jí)，以獲得新的芯片支持和中間庫(kù)。MDK核心分為四個(gè)部分：帶編輯器的uVisionIDE、ARMC/C++編譯器、軟件包安裝程序和帶跟蹤功能的uVision調(diào)試器。uVisionIDE從MDK4.7開(kāi)始提供。軟件包（包安裝程序）分為三個(gè)子部分。設(shè)備（芯片支持）、CMSIS（ARMCortex微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)）和Mdidleware（中間庫(kù)）。軟件包安裝程序允許我們安裝最新的組件以支持新的設(shè)備，提供新的設(shè)備驅(qū)動(dòng)庫(kù)和最新的例程以加速產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。KeilMDKv5界面如圖4.1所示。圖4.1KeilMDKv5界面圖4.2STM32庫(kù)介紹STM32庫(kù)是建立在驅(qū)動(dòng)層和特殊寄存器層上的功能接口API（應(yīng)用程序接口），開(kāi)發(fā)者無(wú)需配置底層的特殊寄存器，只需調(diào)用相關(guān)API即可驅(qū)動(dòng)外設(shè)，具有開(kāi)發(fā)速度快、易讀、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。STM32開(kāi)發(fā)方式對(duì)比如圖4.2，庫(kù)開(kāi)發(fā)方式由驅(qū)動(dòng)層、庫(kù)函數(shù)層、特殊寄存器層組成，開(kāi)發(fā)者直接調(diào)用庫(kù)函數(shù)；直接配置寄存器方式由驅(qū)動(dòng)層、特殊寄存器層組成，開(kāi)發(fā)者需要配置特殊寄存器來(lái)驅(qū)動(dòng)外設(shè)。圖4.2STM32開(kāi)發(fā)方式對(duì)比4.3光敏電阻和煙霧傳感器模塊光敏電阻模塊主要功能實(shí)現(xiàn)智能控制門(mén)窗燈等的狀態(tài)，煙霧傳感器主要實(shí)現(xiàn)及時(shí)檢測(cè)煙氣的泄漏并報(bào)警。4.3.1光敏電阻和煙霧傳感器設(shè)計(jì)光敏電阻和煙霧傳感器的輸出模式為T(mén)TL電平。當(dāng)檢測(cè)到光敏電阻和煙霧傳感器輸出引腳的低電平時(shí)，將顯示相應(yīng)操作的開(kāi)關(guān)或報(bào)警狀態(tài)。首先初始化開(kāi)發(fā)板的PE4引腳，然后主功能檢測(cè)PE4引腳是否為低電平并執(zhí)行相應(yīng)的操作[20]。煙霧傳感器流程圖如圖4.3，煙霧傳感器和光敏電阻的工作過(guò)程是檢測(cè)程序中的低電平動(dòng)作，檢測(cè)程序中是否有低電平動(dòng)作可以添加到防抖動(dòng)程序中，可以有效地防止因誤動(dòng)作引起的干擾。圖4.3煙霧傳感器流程圖4.3.2光敏電阻和煙霧傳感器調(diào)試結(jié)果調(diào)試結(jié)果如圖4.4，煙霧傳感器可有效防止氣體泄漏并被及時(shí)發(fā)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的煙霧傳感器可以檢測(cè)到氣體泄漏并產(chǎn)生低電平輸出。一旦主控芯片STM32F407檢測(cè)到低電平的煙霧傳感器，系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)板就會(huì)發(fā)出紅色的閃爍燈和蜂鳴器，提醒用戶(hù)注意燃?xì)庑孤?。[21]。圖4.4煙霧傳感器調(diào)試結(jié)果4.4ESP8266WIFI模塊程序ESP8266WIFI模塊的主要功能是實(shí)現(xiàn)面向用戶(hù)的智能家居系統(tǒng)與手機(jī)之間的通信，并監(jiān)控智能家居的狀態(tài)。ESP8266WIFI模塊設(shè)置為T(mén)CP客戶(hù)端模式，連接微處理器，手機(jī)設(shè)置為T(mén)CP服務(wù)器端模式，監(jiān)控智能家居的門(mén)、門(mén)窗燈、煙霧傳感器等狀態(tài)。4.4.1ESP8266WIFI模塊設(shè)計(jì)圖4.5為ESP8266WIFI模塊流程，首先通過(guò)主控芯片向ESP8266發(fā)起AT指令，完成參數(shù)配置，配置完成后，將ESP8266斷電重啟一次，使配置生效，重啟后，ESP8266會(huì)自動(dòng)連接到AT指令指定的WIFI，成功后通過(guò)串口返回OK，連接到WIFI后，建立模塊工作模式，建立模塊客戶(hù)端等。然后啟動(dòng)直通模式，即按照網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議將本地設(shè)備之間的通信轉(zhuǎn)換為互聯(lián)網(wǎng)通信，這樣就可以在不改變?cè)O(shè)備的情況下在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行簡(jiǎn)單的本地設(shè)備通信，最后設(shè)置手機(jī)APP在TCP服務(wù)器之間進(jìn)行通信[22]。圖4.5ESP8266WIFI模塊流程圖4.4.2ESP8266WIFI模塊調(diào)試結(jié)果STA模式下選擇TCP服務(wù)器，接著出現(xiàn)AP模式下的工作狀態(tài)，我們選擇TCP服務(wù)器。接著就是我們的串口無(wú)線(xiàn)APTCP服務(wù)器+STATCP服務(wù)器測(cè)試。我們通過(guò)手機(jī)鏈接到SSID為ATK-ESP8266的wifi無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)，并且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手連接到192.168.4.1，8086，模塊分配給手機(jī)的ID號(hào)是0。同樣的方式通過(guò)電腦鏈接到192.168.1.xxxxx，8086，模塊分配給電腦ID是1。AP+STA模式下的ID號(hào)分配是按照連接到模塊的順序來(lái)分配的[23]。連接成功后我們可以通過(guò)按按鍵KEY0和KEY1分別發(fā)送數(shù)據(jù)到手機(jī)和電腦。調(diào)試結(jié)果如圖4.6和圖4.7所示4.5LD3320語(yǔ)音控制模塊程序LD3320語(yǔ)音控制模塊的主要功能是通過(guò)語(yǔ)音來(lái)控制智能家居的狀態(tài)。用戶(hù)可以不通過(guò)手動(dòng)遙控來(lái)調(diào)整智能家居的各種狀態(tài)。4.5.1LD3320驅(qū)動(dòng)步驟芯片復(fù)位，就是向芯片的復(fù)位引腳RSTB發(fā)送一個(gè)低電平，然后需要一次拉低拉高片選信號(hào)CS操作來(lái)激活內(nèi)部的DSP。語(yǔ)音識(shí)別是通過(guò)設(shè)置多個(gè)按鍵寄存器的值、設(shè)置語(yǔ)音初始化寄存器、設(shè)置關(guān)鍵詞列表寄存器、設(shè)置開(kāi)始識(shí)別寄存器、寫(xiě)入中斷響應(yīng)操作程序、打開(kāi)中斷配置寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。表4.1顯示了寫(xiě)入語(yǔ)音識(shí)別列表的情況。寫(xiě)入語(yǔ)音識(shí)別列表的規(guī)則包括數(shù)字和字符串（可以是連續(xù)的或不連續(xù)的），以及由小寫(xiě)漢語(yǔ)拼音組成的字符串。每個(gè)字符串都是小寫(xiě)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)普通話(huà)，每個(gè)漢語(yǔ)拼音之間應(yīng)該有一個(gè)空格[24]。響應(yīng)中斷，只要音頻采集電路采集到聲音信號(hào)就會(huì)對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行處理分析，中斷系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)。4.5.2LD3320驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)圖4.6為L(zhǎng)D3320語(yǔ)音識(shí)別控制流程圖，語(yǔ)音識(shí)別的工作流程是LD3320語(yǔ)音識(shí)別初始化，寫(xiě)入識(shí)別列表并開(kāi)始識(shí)別，設(shè)置中斷操作打開(kāi)中斷寄存器，最后選擇最佳匹配作為識(shí)別結(jié)果。由于LD3320的內(nèi)部硬件電路在識(shí)別過(guò)程中容易出錯(cuò)，所以在語(yǔ)音識(shí)別芯片的過(guò)程中，只要出現(xiàn)識(shí)別錯(cuò)誤，LD3320芯片的軟件就會(huì)重置。圖4.6LD3320語(yǔ)音識(shí)別控制流程圖4.5.3LD3320語(yǔ)音識(shí)別控制調(diào)試結(jié)果LD3320語(yǔ)音識(shí)別有兩級(jí)密碼，第一級(jí)密碼可自行設(shè)定，系統(tǒng)設(shè)定為"杰"，第二級(jí)密碼設(shè)定為所需操作，如開(kāi)燈、關(guān)燈、開(kāi)窗簾、關(guān)窗簾等。只要對(duì)LD3320語(yǔ)音控制模塊說(shuō)"杰"并打開(kāi)燈，就可以操作客廳里的燈了[25]。圖4.7LD3320調(diào)試結(jié)果圖4.6本章小結(jié)本章主要介紹面向用戶(hù)的智能家居系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)和調(diào)試，首先介紹了KeilMDKv5軟件的使用和STM32F4的開(kāi)發(fā)方法。其次，介紹了幾個(gè)硬件模塊的軟件設(shè)計(jì)，主要包括STM32F4系統(tǒng)自帶的定時(shí)器功能，光敏電阻模塊和煙霧傳感器模塊的程序流程圖和調(diào)試步驟及調(diào)試結(jié)果，ESP8266WIFI作為T(mén)CP客戶(hù)端和移動(dòng)調(diào)試助手APP作為T(mén)CP服務(wù)器的調(diào)試步驟，以及LD3320語(yǔ)音識(shí)別控制模塊的驅(qū)動(dòng)調(diào)試步驟。LD3320語(yǔ)音識(shí)別控制模塊驅(qū)動(dòng)程序的流程圖和調(diào)試結(jié)果。第五章結(jié)論5.1論文總結(jié)本文的設(shè)計(jì)研究從用戶(hù)的實(shí)際需求出發(fā)，遵循安全、舒適、方便、美觀的智能家居設(shè)計(jì)理念，將傳感系統(tǒng)與窗簾、窗戶(hù)、空調(diào)、燈光相結(jié)合，通過(guò)傳感器監(jiān)測(cè)室內(nèi)環(huán)境，處理器接受來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有監(jiān)測(cè)有毒氣體泄漏的感應(yīng)裝置，當(dāng)用戶(hù)不在家時(shí)，一旦發(fā)生有毒氣體泄漏，就會(huì)立即向用戶(hù)報(bào)警，同時(shí)系統(tǒng)配備了互動(dòng)通訊系統(tǒng)，用戶(hù)可以通過(guò)LD3320語(yǔ)音控制語(yǔ)音控制模塊控制智能家居的燈光、窗簾和空調(diào)等智能家具，還可以通過(guò)手機(jī)實(shí)時(shí)觀察客廳的各種參數(shù)變化，了解智能家居的控制情況。本文的具體工作可以分為以下幾個(gè)部分：首先，本文介紹了以用戶(hù)為中心的智能家居系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，其中微處理器是系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制的核心部分，它相當(dāng)于人體的心臟。本文介紹了STM32F407處理器的基本知識(shí)和STM32最小系統(tǒng)的電源電路、時(shí)鐘電路線(xiàn)、復(fù)位電路和微處理器。然后介紹了光敏電阻傳感器和煙霧傳感器的工作原理以及如何檢測(cè)低電平。然后介紹了ESP8266WIFI模塊的STA、AP和STA+AP模式，并選擇STA模式作為我們的通信模式。ESP8266WIFI模塊作為客戶(hù)端，移動(dòng)調(diào)試助手APP作為服務(wù)器。最后，介紹了語(yǔ)音控制模塊的通信模式和工作原理。通過(guò)比較，確定選擇LD3320作為本系統(tǒng)的語(yǔ)音控制模塊。其次，本文展示了面向用戶(hù)的智能家居系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試，給出了煙感傳感器、ESP8266WIFI模塊、LD3320語(yǔ)音識(shí)別控制模塊的具體軟件設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了調(diào)試步驟和調(diào)試結(jié)果。調(diào)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以查看客廳的狀態(tài)，在發(fā)生漏煙時(shí)及時(shí)報(bào)警，并可以通過(guò)語(yǔ)音模塊對(duì)智能家居進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)等。該系統(tǒng)滿(mǎn)足了安全、可靠、便捷的工作要求，是一個(gè)舒適、愉悅的智能家居系統(tǒng)。5.2論文展望該系統(tǒng)可以使用戶(hù)的智能家居設(shè)計(jì)系統(tǒng)更加完善，需要增加更多的傳感器模塊，如溫濕度傳感器、客廳溫濕度檢測(cè)模塊、PM2.5監(jiān)測(cè)模塊等。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了智能語(yǔ)音識(shí)別控制，將語(yǔ)音識(shí)別控制和語(yǔ)音智能相結(jié)合，為家電和智能家居提供了一個(gè)語(yǔ)音控制可靠的現(xiàn)代化平臺(tái)。用戶(hù)應(yīng)急檢測(cè)一直是現(xiàn)代科技智能家居的重點(diǎn)和難點(diǎn)，后期可在系統(tǒng)中加入應(yīng)急檢測(cè)模塊。系統(tǒng)采用有線(xiàn)電路繼電器控制智能家居的可靠性，解決這一問(wèn)題的有效途徑是采用2.4G無(wú)線(xiàn)模塊ZigBeeWIFI的無(wú)線(xiàn)電路控制。參考文獻(xiàn)許迅，鄭哲清，楊菁．基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的老年人智能家居設(shè)計(jì)研究[J]．信息系統(tǒng)工程，2016(11)：113-114.張勝英，王煙軍．我國(guó)智能家居的現(xiàn)狀和未來(lái)．江蘇商論，2012(16)：60.李文勇．智能家居系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)．企業(yè)科技與發(fā)展，2017(2)：73-75.夏勤艷，馬立磊．淺談智能家居系統(tǒng)的功能及發(fā)展前景[J]．民營(yíng)科技，2010(2):31-31.何聯(lián)民，劉東．淺談中小城市的智能住宅小區(qū)設(shè)計(jì)[J]．中國(guó)住宅設(shè)施，2013(1)：45-47．張紹宸，程曉東．ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的智能家電控制系統(tǒng)[J]．科技創(chuàng)