基于语音技术的智能家居系统的设计毕业论文设计.doc

学 院 毕毕 业业 设设 计计 设计题目：设计题目：基于语音技术的智能家居系统的设计 系系 别：别： 信息工程系 班班 级：级： 11 通信（1）班 姓姓 名：名： 指指 导导 教教 师：师： 2 0 1 5 年6 月2 日 基于语音技术的智能家居系统的设计 摘摘 要要 不管人们身处何地，不管人们身在何时，快节奏的生活是共同的特征，智 能化的生活环境成了每一个人的追求。毫无疑问，智能家居系统的出现最符合 人们对居住环境的要求。智能家居是现代电子技术、通讯技术及自动化技术相 结合的产物。不管人们在哪里，不管人们在做什么，都可以随时知道家庭中各 电器的情况，同时也可以控制它们的开启或关闭。 语音识别技术是智能家居的一种不可缺少的技术。包含信号处理、模式识 别和人工智能等领域。 智能家居是新生的一个智能化的系统，本设计模拟了智能家居的工作过程。 本设计中所利用的技术有语音识别技术和红外遥控技术。同时以 51 单片机作为 整个设计的核心，以它来控制整个系统。智能家居让人们有了一个便捷、舒适 的生活环境，同时使人们的生活水平有了一定的提高。在一定程度上，也保障 了人们的生命财产安全。可以让人们很放心的去做自己想做的事情。 关键词：关键词：智能家居 51 单片机 语音识别 红外遥控 design of intelligent home furnishing system based on speech technolog abstract no matter when and where we are,fast-paced life is our common feature, intelligent living environment has become our goal for everyone.there is no doubt that the emergence of smart home system in line with our living environment. intelligent home furnishing is a product combined with modern electronic technology, communication technology and automation technology.no matter where people,and what people are doing,you can always know the family situation of the various appliances,but also can control them on or off. speech recognition technology is an indispensable technology.it contains signal processing, pattern recognition and artificial intelligence. intelligent home furnishing is a nascent intelligent system.the design simulates the working process of the smart home.the design use speech recognition technology and infrared remote control technology,51 microcontroller,as the centrol of the design,controls the system.intelligent home furnishing so that people have convenient and comfortable living environment,while making peoples living standards have improved to some extent.to some extent,but also to protect peoples lives and property.you can make people feel comfortable to do the things they want. keywords: intelligent home furnishing; 51 scm; voice recognition of infrared; remote control 目 录 1 引言1 2 智能家居系统的前期研究2 2.1 智能家居系统的发展现状及发展趋势.2 2.1.1 国外的发展现状2 2.1.2 国内的发展现状2 2.1.3 智能家居系统发展趋势3 2.2 智能家居系统的预期功能.3 2.3 智能家居系统的设计方案.3 3 智能家居系统的硬件设计5 3.1 单片机模块.5 3.1.1 单片机的简介5 3.1.2 单片机的外围电路6 3.1.3 单片机的硬件电路8 3.2 语音识别模块.8 3.2.1 语音芯片 ld3320 的介绍.8 3.2.2 语音识别的原理9 3.2.3 语音识别模块的硬件连接10 3.3 红外遥控模块.10 3.3.1 红外发光二极管的介绍11 3.3.2 红外发射部分的介绍11 3.3.3 红外发射部分硬件连接11 3.3.4 hs0038 的介绍.12 3.3.5 红外接收过程及硬件连接12 3.4 整体实物图.13 4 智能家居系统软件设计14 4.1 语音识别模块.14 4.1.1 通用初始化15 4.1.2 寄存器的初始化16 4.1.3 写入识别列表16 4.1.4 开始识别18 4.2 红外发射部分.20 4.2.1 红外发射原理20 4.2.2 红外发射程序21 4.3 红外接收模块.23 4.4 模拟电器控制部分.25 5 硬件的调试过程27 5.1 连接语音芯片和红外发光二极管的单片机的调试.27 5.2 红外遥控模块的调试.28 5.3 语音识别模块的调试.28 6 总结与展望29 6.1 结论.29 6.2 前景展望.30 谢 辞31 参考文献32 附录 i33 附录 ii34 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 1 引言 心有多大，舞台就有多大。每个人都怀揣着梦想，想要更好的未来，想要 更好的生活，所以每个人都在不断奋斗和创新，这种创新不但推动了个人的进 步，更推动了社会的发展。于是人类的生活越来越方便，人们的居住环境也越 来越智能化。这种智能化在智能家居上就有很好的体现。 语音识别技术在现代生活中有画龙点睛的作用，与很多领域都息息相关。 例如信号处理、模式识别、人工智能等领域。其中国内中科院的自动化所、清 华大学等科研机构和高校等许多研究机构都在从事语音识别领域的研究和开发， 并且国家 863 智能计算机专家组还为语音识别技术研究专门立项，并取得了高 水平的科研成果1。语音识别技术的目标是将人类的语言转换为计算机可读的 输入。科学家们利用语音数据库里大量的数据进行分析，得到了在统计概率最 优化意义上的各个基元语音特征。并且将这些特征和语音模型转化为硬件芯片。 在使用这些芯片时，可以直接使用。 遥控技术的出现要追溯于 1960 年，它虽然在 60 年代就出现了，但是由于 种种原因，并没有得到理想的发展。七十年代末，随着大规模集成电路和计算 机技术的发展，遥控技术才得到快速发展。红外遥控的特点是不影响周边环境、 不干扰其他电气设备，同时也不容易被其他信号所干扰，是很好的信息传输媒 体，所以目前它在通信方面被广泛的应用。 51 单片机是一款具有有较强的抗干扰能力，运行速度比较高，功耗比较低 的单片机。它可以作为核心处理器来处理信息和控制其他设备，同时价格比较 低廉，性价比很高，所以在很多系统中，都有其应用。 这些技术的配合 51 单片机，可以为本设计成功的模拟智能家居系统，方便 了设计者对智能家居这一课题的研究和学习。 智能家居可以为使用者提供更加舒适安全的生活环境，也可以帮助人们合 理的分配和利用资源。智能家居系统的出现，让人们的幸福感有所提升，符合 现代人的生活理念，相信在不久的未来，它将会普遍被每一个家庭所应用，让 人们每一个人，真正享受智能化的生活。 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 2 智能家居系统的前期研究 2.1 智能家居系统的发展现状及发展趋势 2.1.1 国外的发展现状 早在 20 世纪 80 年代，世界上就有智能化的建筑出现。这个建筑出现在美 国，它的智能化体现在它利用了计算机系统去监控楼内的空调、照明等用电设 备。同时可以提供语音通信和电子邮件等服务。在 21 世纪初期，出现了家庭的 智能化系统。这种智能化系统应用于许多的家庭中，帮助人们完成了许多的功 能，方便了人们的生活。世界首富比尔盖茨先生也耗资 6000 万美元打造属于自 己的高端别墅的智能家居系统。科技在发展，国外的这种技术也在不断的完善。 随着技术的成熟，超过一半的家庭都在使用这种家庭智能化系统。 在智能家居系统的研发方面，美国及一些欧洲国家一直处于领先地位。好 多国家的好多公司都想着研发出属于自己的控制系统。 目前市场上出现的智能家居控制系统主要有 x-10、eib 和 8x 等。这些系 统都有属于自己的优势，同样也有属于自己的劣势。x-10 系统采用集中的控制 方式，如果家庭在使用这个系统时，它不需要额外的布线，这是它的优势。但 是在施工方面，需要开槽或者钻孔，所以难度比较高，又由于施工费用比较高， 所以没有应用于国内市场。eib 系统采用的是预埋总线和中央控制的方式。价 格昂贵，没有满足大部分人的消费观，所以没有应用于国内市场。8x 系统采用 预处理总线和集中控制的方式。该系统日益成熟并且并且相对来说比较符合中 国的国情。但是系统的灵活性不够，所以也没有应用到中国市场。 国外的技术相对来说比较先进，发展也很迅速。但是中国的国情，决定了 不同地域的不同的使用者会有不同的需求。国外的某种技术，也许可以满足一 部分人的需求，但是不适合普遍使用。所以要开发出适合自己的智能家居系统。 2.1.2 国内的发展现状 20 世纪 90 年代以后，中国的智能家居才开始出现，智能小区开始兴起。 中国的智能化的建筑最早出现在上海、深圳和广州等一线的沿海城市，随后大 陆才开始陆续发展的。在 1999 年实施的全国住宅小区智能化技术示范工程，使 人们国家的智能化又上升到一个新的阶段。到目前为止，在中国的某些大城市 中，有近一半的家庭实现了智能化。 中国企业也纷纷推出自己的产品，例如海尔的 e 家庭，这个系列的产品以 海尔电脑作为控制中心，各种网络家电作为终端设备，海尔移动电话作为移动 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 数字控制中心3。海尔也不定时的推出自己的一系列产品包括网络电视、冰箱、 空调、微波炉等。清华同方的 e-home 数字家园，该智能家居控制系统专门针对 中国家庭设计。产品以功能模块开发为主，基于国外成熟的智能家居标准之上。 很明显，跟国外相比较，中国对智能家居的研究起步比较晚，到目前为止 都没有形成一定的标准，现在国内各大软、硬件机构正在积极的研发更为符合 市场的智能化家居设备，用来解决当前智能化产品实用性差，使用复杂及产品 价格昂贵等缺点，技术创新性也逐步向国际先进水平靠拢，这样的未来真的期 待。 2.1.3 智能家居系统发展趋势 经过哥本哈根会议，中国更明确了节能减排，绿色建筑的目标。为了达到 这一目标，中国势必会建设绿色建筑，铺设智能化系统，智能化系统中的智能 家居系统将会形成一个新的产业，也可以促进中国房地产业的发展。 由于智能家居系统还缺乏统一明确的国际标准，许多公司开发出的产品都 是基于自己组的网络和信息交换协议，不具有一般性。技术复杂、接入设备不 能兼容以及成本过高，所以限制了产品的发展，同时限制了产品的普及。所以 现在的目标是设计出一个符合中国国情、操作实用性强、成本低廉、容易推广 和被人们所需求的智能家居控制系统。 做为智能家居的核心系统的智能家居控制系统，它的设计功能的完善必将 推动住宅智能化的发展。而系统功能的集成化、用户使用的傻瓜化和市场的平 民化将是智能家居控制器的发展趋势，系统也将逐步迈向绿色化。人类所想的 无非也就是可以不费吹灰之力做成自己想做的事情。而智能家居的终极目标就 是可以实现人们的这种梦想，实现智能化。 2.2 智能家居系统的预期功能 本设计中要求语音识别采用 ld3320，完成语音命令的采集与识别，并将结 果传送给单片机；红外发射采用红外发光二极管，在单片机控制下发送相应序 列的红外信号；红外接收采用 hs0038，接受红外信号并解码，传送给单片机。 利用继电器模拟家用电器；用单片机控制整个系统。可以达到预期的功能。 智能家居系统的预期功能是：当对着麦克风下达一个命令时，相应的继电 器模块的指示灯会亮或者灭。同样应用到现实中，所实现的功能也应该是当要 说出一个命令时，家用电器会自动开启或者关闭。减少了人为操作，让人们真 正享受智能化的生活。 2.3 智能家居系统的设计方案 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 本设计综合性相对比较高，要软硬件相结合。解决了软件问题，还需要知 道模拟智能家居系统的硬件是如何工作的。其工作过程：智能家居系统由麦克 风、语音芯片 ld3320、红外发光二极管、单片机以及红外一体化接收器 hs0038、继电器等硬件组成。语音信号被麦克风收集并传送到语音芯片内部， 语音芯片内部已经放置好关键词列表，收集到的语音信息与原先放好的语句进 行匹配和对比，得到一个最优的结果，这个结果通过串口发送给单片机，单片 机作为核心控制器可以控制红外发光二极管发出载有相应信息的的红外信号， 红外一体化接收器接收后，通过解调还原出发来的信息从而去控制继电器的开 或者关，从而来模拟实现智能家居系统。智能家居系统的整体设计框图如下图 2-1 所示。 语音 信号 ld3320 识别 数据 单片机红外发射头 红外信号 红外遥控接收头 单片机 控制信息 实现相应功能 继电器 继电器 图 2-1 智能家居系统设计框图 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 3 智能家居系统的硬件设计 3.1 单片机模块 3.1.1 单片机的简介 单片机全称单片微型计算机（single chip microcomputer） ， 又称(micro controller unit)，是将计算机的基本部分微型化，使之集成在一块芯片上的微机， 片内含 cpu、ram、rom、并行 i/o 口、串行 i/o 口、定时器/计数器、 a/d、d/a、中断系统、系统时钟及系统总线等，它本身就是一个嵌入式系统， 同时也是其他嵌入式系统的核心4。关于其内部结构的简介如下表 3-1 所示。 表 3-1 单片机内部结构简介 名称简介 微处理器（cpu）8 位的 cpu，包括了运算器和控制器 数据存储器（ram） 可以放数据，内存 128b。最大外扩为 64kb 程序存储器 （rom/eprom） 用来放程序，最大外扩 64kb。51 单片机 是 4kb 的 rom 并行 i/o 口4 个 8 位并行 i/o 口（p0、p1、p2、p3） 串行口 4 种工作方式。可以与其他单片机相连， 实现更加复杂的功能 定时器/计数器2 个 16 位定时器/计数器。 中断系统具有 5 个中断源，2 级中断优先权。 特殊功能寄存器 （sfr） 一共有 21 个。用于 cpu 对片内其他部分 进行管理、控制、监视。 上表介绍了单片机的内部结构，在这里值得说明的是 51 单片机有很多种不 同的型号。区分它们主要依据存储器的配置。在这里以最简单的例子来说明， 8031 芯片内是没有程序存储器的，但是其他型号的芯片里有程序存储器。还有 增强型的存储容量比普通型的存储容量要多至少 1 倍。 介绍完单片机的内部结构，现在来介绍下单片机的引脚及其功能。单片机 分为可总线扩展的和不可以总线扩展的，是因为单片机本身可以满足这些系统 所需要的功能，不需要外扩。 本设计中所使用的单片机采用的是双列直插式的封装结构，一共有 40 个引 脚，本设计中没有用到单片机的所有引脚，只使用了电源端、接地端、串口输 入、外部中断以及 p0p3 的某些引脚。 在这里介绍下各引脚的功能，如下表 3-2 所示。 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 表 3-2 51 单片机的引脚功能表 名称功能简介 p1 口 (18 脚) p1 口是一个 8 位双向 i/o 口。当 p1 口的锁存器写入 “1”时，p1 口 可作为输入端。是低 8 位的地址复用总线端口。 p2 口 (2128 脚) 8 位准双向 i/o 口。既可作为普通 i/o 口引脚。也可作为高 8 位地 址总线。p2 口与 p1 口的输出级结构相同，内部都有上拉电阻。整 个端口结构基本相同。 p3 口 (1017 脚) 是双功能静态端口。作为第一功能使用时，其功能与 p1 口相 同。当作为第二功能使用时，又都有各自的定义。 p0 口 (3239 脚) 8 位双向三态 i/o 口线。既可作为普通 i/o 口引脚。也可作为数据/ 低 8 位地址总线。 vcc(40)电源电压端。 gnd(20)地端。 rst(9) 复位输入端。复位后，内部专用寄存器及 i/o 口的处置与 8051 的情况一样。而内部的状态保持不变。 xtal1(19)振荡器反相放大器的输入。内部时钟发生器的输入端。 xtal2(20)振荡器反相放大器的输出端。 ale 地址锁存允许，当单片机访问外部存储器时。该引脚的输入信 号 ale 用于锁存 p0 的低 8 位地址。ale 输出的频率为时钟振荡 频率的 1/6。 psen 程序存储器允许。输出读外部程序存储器的选通信号。取指令 操作周期，psen 的频率为振荡频率的 1/6；若此期间有访问外部 数据存储器的操作。则有一个机器周期中的 psen 信号将不出现。 ea ea=0，单片机只访问外部程序存储器。对 8031 此引脚必须接 地。ea=1，单片机访问外部程序存储器。对内部有程序存储器的 单片机。此引脚必须接高电平。 在这里需要注意的是，p3 口具有双功能，介绍下它的第二功能，以便设计 者更好的利用单片机以完成本设计所需要的功能。 p3 口的特殊功能如下表 3-3 所示。 表 3-3 p3 口特殊功能 口线特殊功能 p3.0rxd ( 串行口输入端 ) p3.1txd ( 串行口输出端 ) p3.2/int0 ( 外部中断 0) p3.3/int1 ( 外部中断 1) p3.4t0 ( 定时器 0 外部输入 ) p3.5t1 ( 定时器 1 外部输入 ) 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 3.1.2 单片机的外围电路 单片机的外围电路包括复位电路和时钟电路两部分。 复位电路的作用主要是，不管单片机遇到什么样的不正常的操作，都可以 实现单片机的初始化，使它从某一确定的状态重新开始运行。上电复位和开关 复位都可以完成复位电路的作用，它们只是 2 种不同的形式。 上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。开关复位要求在电源接通 的条件下，在单片机运行期间，如果发生死机，用按钮开关操作使单片机复位 4。复位电路如图 3-1 所示。 rst 图 3-1 rst 电路 其中 rst 端接 51 单片机的第 9 引脚，按下复位按键以后，pc 指向 0000h 单元、sp 指向 07h 单元、p0 口为 ffh、p1 口为 ffh、p2 口为 ffh、p3 口为 ffh 以及其他的寄存器为 0。 51 单片机芯片内部有一高增益反相放大器，用于构成振荡器.反相放大器的 输入端为 xtal1，输出端为 xtal2，在 xtal1、xtal2（第 19、18 引脚） 两端跨接一个石英晶体振荡器，和两个电容就构成了稳定自激谐振电路，晶振 频率为 11.0592mhz。c12，c13 是两个瓷片电容，与晶振 y2 构成了自激谐振 电路，其电容的作用主要是对频率进行微调，一般取 30-45pf 左右，使用该电 路可产生稳定的 11.0592mhz 频率，受外界的环境的干扰影响非常小5。其接 法如图 3-2 所示。 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 图 3-2 外围时钟电路 3.1.3 单片机的硬件电路 本设计最核心的器件是 51 单片机，它控制了整个系统，完成了语音信息的 处理、红外信号的发射以及红外信号的接收。它的外围电路如下图 3-3 所示。 图 3-3 51 单片机外围电路 3.2 语音识别模块 3.2.1 语音芯片 ld3320 的介绍 ld3320 芯片是一款“语音识别”专用芯片，由 icroute 公司设计生产。该 芯片集成了语音识别处理器和一些外部电路，包括 ad、da 转换器、麦克风接 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 口、声音输出接口等，本芯片不需要外接任何的辅助芯片如 flash、ram 等， 直接集成在现有的产品中既可以实现语音识别、声控、人机对话功能，并且， 识别的关键词语列表是可以任意动态编辑的6。主要的特色功能有：非特定人 语音识别技术、可动态编辑的识别关键词语列表、单芯片解决方案、高精度 a/d 和 d/a 通道、高准确度和实用的语音识别效果、可自由编辑 50 条关键词 语7。它的内部逻辑结构如图 3-4 所示。 图 3-4 ld3320 内部结构逻辑图 ld3320 芯片有 48 个引脚，在图中可以看到 20 个引脚，在本次设计中没有 使用所有的引脚。micp 和 micn 分别接麦克风的正负引脚、clk 接外部时钟， 频率在 4-48hz 之间、gnd 是接地端和 vdd 是电源端。电源的主要目的是给 芯片供电，使它可以正常工作。 3.2.2 语音识别的原理 语音识别技术是将人类语音中的词汇内容转换为计算机可读的输入。科学 家们利用语音数据库里大量的数据进行分析，可以得到在统计概率最优化意义 上的各个基元语音特征。并且将这些特征和语音模型转化为硬件芯片。 语言识别原理主要是：科学家建立语言模型，分析语音特征，并将这些转 化为硬件芯片 ld3320。最先将相关命令的词语列表，写入芯片内。其次通过麦 克风采集语音信号，并将得到的信号，送入芯片内部。然后芯片将收到的信号 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 进行频谱分析，提取特征，并根据它内部的这种特殊的算法和编辑好的关键词 列表一一匹配，将匹配率最高的结果以串口的形式发回给单片机。 语音识别的过程，就是把用户说出的内容，通过频谱转换为语音特征，和 这个关键词语列表中的条目进行一一匹配，最优匹配的一条作为识别结果14。 在本设计中语音识别列表是打开灯、关闭灯、打开热水器、关闭热水器、打开 空调、关闭空调、全部打开、全部关闭灯等。不论这个列表的条目内容是什么， 只需要用户设置相关的寄存器，就可以把相应的待识别条目内容以字符形式传 递给识别引擎8。 语音识别过程如下图 3-5 所示。 图 3-5 语音识别芯片识别过程框图 3.2.3 语音识别模块的硬件连接 该模块由单片机、语音芯片以及麦克风组成。单片机选用的是 51 单片机， 语音芯片的型号是 ld3320。 单片机是语音模块的核心控制平台，并且它控制着语音芯片去完成对语音 信号的采集和对比分析，同时将对比得出的一个最优结果以串口中断的方式传 回给单片机。最后通过红外遥控模块传送给另一个单片，使继电器的指示灯亮 或者灭。 语音识别模块与主控单片机的硬件连接如图 3-6 所示。 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 图 3-6 语音识别模块的硬件连接图 3.3 红外遥控模块 红外遥控模块主要有两部分构成，红外发送部分和红外接收部分，现在一 一介绍这两部分。这个模块最大的优点就是，不会干扰其他的信号，不影响其 他设备的正常工作，而自己本身也不受其他信号的影响。 3.3.1 红外发光二极管的介绍 红外发射部分的主要元件为红外发光二极管，实际上是一只特殊的发光二 极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时， 它便发出的是红外线而不是可见光9。在其实际应用中要加上反向电压，才可 以正常工作，它发出的红外线的波长在 940 毫米左右。在这需要注意的是：在 调试时，如果不知道红外发光二极管是好是坏，能否正常工作，可以用万用表 的电阻档量他的正反向电阻。 3.3.2 红外发射部分的介绍 单片机在空闲时候，功耗比较低，比较节能。当出现语音命令时，语音识 别模块会在触发状态下采集语音命令进行分析，并将结果传给单片机，产生串 口中断，这时单片机会调用命令函数关闭串口中断，同时开启定时器中断，定 时器 t0 作为红外线发射频率控制器，当 t0 定时溢出时中断程序使红外管接口 电平反转一次，写入定时器的初值不同，在输出端口就得到不同的发射频率14。 在语音识别模块的论述中讲到，语音芯片会将采集到的语音信号与放好的关键 词列表进行匹配得到最优结果，这个结果会以串口的方式发送给单片。单片机 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 接收到这个最优结果以后，会打开定时器，产生一个个的高低电平。即完成了 发送信号的编码，产生了一个脉冲串信号。这个脉冲串信号载有相应的信息， 通过红外发光二极管发射出去。 3.3.3 红外发射部分硬件连接 这一部分由 51 单片机和红外发光二极管构成。用来发送二进制信号经过编 码以后的脉冲串信号。 它与单片机的连接方式如下图 3-7 所示。 图 3-7 红外发射部分的电路图 3.3.4 hs0038 的介绍 红外接收部分采用一体化接收器 hs0038。hs0038 黑色环氧树脂封装。一 共有三个管脚：地端、电源端和信号输出端。它可以不受其他光源的干扰，功 耗低，而且灵敏度高。hs0038 的抗干扰能力较强，成本低，完成对信号进行放 大、检波、整形得到 ttl 电平的编码信号，不需要其他外围电路，最后将编码 信号传送给单片机，经单片机解码并执行去控制相关对象15。 它的引脚及功能如下图 3-8 所示。 图 3-8 hs0038 的引脚及功能图 在此需要注意，判断 hs0038 是否可以正常工作时，需要在把上图的第二 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 和第三引脚之间连接一个二极管和一个发光二极管，手拿遥控器对着接收头按 下任意键，如果发光二极管闪烁，可以证明 hs0038 可以正常工作。 3.3.5 红外接收过程及硬件连接 红外接收就是对红外信号的接收、放大、检波、整形，之后解调出红外遥 控编码脉冲的一种过程16。注意的是接收的波长为 7501150 纳米之间。它的 具体实现过程如下图 3-9 所示。 单片机 红外发射电路 一体化红外 接收头 单片机 输出调制 发送 接收解调 图 3-9 红外遥控的实现过程图 红外接收部分只需要 hs0038 就可以完成所需要的功能，不需要外加其他 设备，hs0038 与单片机的连接方式如下图 3-10 所示。 图 3-10 红外接收电路图 3.4 整体实物图 模拟智能家居系统的实物连接如下图 3-11 所示。 解码 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 图 3-11 整体实物图 4 智能家居系统软件设计 4.1 语音识别模块 语音识别模块的整体的流程图如图 4-1 所示。 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 n 开始 是否为触发状态 采集语音命令 识别语音命令 传送相应的语音命令 系统是否继续识别 结束 y n y 串口初始化 芯片通用初始化 语音识别初始化 写列表 等待语音输入 图 4-1 语音模块流程图 由图 3-5 可以知道，语音芯片通过 p3.0 与 51 单片机相连接。在送入语音 命令之前，所要做的准备工作如下：把所连接的串口、语音芯片以及一些寄存 器初始化；把所需要的关键词列表写入到语音芯片中；等待语音信号的输入。 当麦克风收集到语音命令时，在语音芯片内部会以一定的算法将关键词列 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 表与该语音信号进行对比匹配。将最终的结果通过 p3.0 送入单片机。要注意的 是：对语音芯片、所连接的串口的各种操作都必须通过寄存器的操作来完成， 包括设置标志位、读取状态、向 fif0 写入数据等16。 4.1.1 通用初始化 让芯片还原最初的方式和状态，等待语音命令的输入，这样会更好的识别 信息，完成操作。参考程序如下： void ld_init_common( ) bmp3play=0; ld_readreg(0x06); /*soft reset.*/ ld_writereg(0x1f,0x0); delay(10); ld_writereg(0x89,0x03); ld_writereg(0xcf,0x43); ld_writereg(0xcb,0x02); /*pll setting*/ ld_writereg(0x11,ld_pll_11); if (nld_mode=ld_mode-mp3) ld_writereg(0x1e,0x00); ld_writereg(0x19,ld_pll_19); ld_writereg(0x1b,ld_pll_1b); ld_writereg(0x1d,ld_pll_1d); ld_writereg(0x79,ld_ledmtr_freq); else ld_writereg(0x1e,0x00); ld_writereg(0x19,0x3f); ld_writereg(0x1d,0x1f); ld_writereg(0x1b,0x08); ld_writereg(0xcd,0x04); 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 ld_writereg(0x17,0x4c); ld_writereg(0xb9,0x00) ld_writereg(0xcf,0x4f); ld_writereg(0x6f,0xff); 4.1.2 寄存器的初始化 语音识别模块中，寄存器有着很重要的作用，可以说大部分的操作是根据 它来完成的。对寄存器设置的程序如下： void ld_init_asr() nld_mode=ld_mode_asr_run; ld_init_common(); ld_writereg(0xbd,0x00); ld_writereg(0x17,0x48); delay(10); ld_writereg(0x3c,0x80); ld_writereg(0x3e,0x07); ld_writereg(0x38,0xff) ld_writereg(0x3a,0x07); ld_writereg(0x40,0x08); ld_writereg(0x42,0x00); ld_writereg(0x44,0x08) ld_writereg(0x46,0x08); ld_writereg(0x1b,0x48); delay(1); 4.1.3 写入识别列表 ld3320 最多支持 50 个识别条目，每个识别条目可以是单字、词组或短句， 长度为不超过 10 个汉字或者 79 个字节拼音串。每个识别条目是标准普听话的 汉语拼音（小写），每两个字（汉语拼音）之间用一个空格间隔，编号可以相 同，可以不连续，但数值要小于 256（00h-ffh）17。在写入识别列表时，每 一个待识别的语句需要一个编号。这个编号是识别出以后，通过串口返回单片 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 机的值。值得注意的是，这个编号是要一字节的。同时列表中不同的待识别语 句的编号可以相同。也可以不同。可以连续，也可以不连续。如表 4-1 所示。 表4-1 编写的语音识别列表 把关键词列表写入到语音芯片的代码如下： uint8 ld_asraddfixed( ) uint8 k, flag; uint8 nasraddlength; const char srecog1015 = “da kai deng“, “guan bi deng“, “da kai dian shi“, “guan bi dian shi“, “da kai kong tiao“,“guan bi kong tiao“,”da kai re shui qi”,”guan bi re shui qi”quan bu da kai”“quan bu guan bi“; const unit8 pcode10=code_dakaideng, code_guanbideng, code_dakaidianshi, code_guanbidianshi, code_dakaikongtiao, code_guanbikongtiao, code_dakaireshuiqi, code_guanbireshuiqi, code_quanbudakai, code_quanbuguanbi; flag = 1; for (k=0; k=30) ex0=1; return; addri=addri1;/接收一位数据 if(k=8) addri=addri|0x80; /高电平大于 0.56ms，则为 1 k=0; p2=(addr2); /p2 的 led 显示二进制键值 4.4 模拟电器控制部分 本设计中选用继电器模拟家用电器，继电器模块指示灯的亮灭代表家用电 器的开启或关闭。继电器上一共有 4 个指示灯分别连着 51 单片机的 p1.0p1.3，由这四个口来控制，低电平可以使继电器的指示灯亮。当红外一体 化接收器 hs0038 接收到红外信号时，会产生一个下降沿，使 51 单片机产生外 部中断，调用外部中断函数。在外部中断函数中，有相应的程序控制 p1 口的电 平的高低。从而控制继电器模块指示灯的亮灭。这部分程序代码如下： sbit num1=p10; sbit num2=p11; sbit num3=p12; sbit num4=p13; switch(p2) 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 case 0x01: num1=0; break; case 0x02: num1=1; break; case 0x03: num2=0; break; case 0x04: num2=1; break; case 0x05: num3=0; break; case 0x06: num3=1; break; case 0x07: num4=0; break; case 0x08: num4=1; break; case 0x09: num1=0;num2=0; num3=0;num4=0; break; case 0x0a: num1=1;num2=1; num3=1;num4=1; break; 其中 p2 代表语音芯片通过串口返回给单片机的值，也是使用者所下达的语 音命令。 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 5 硬件的调试过程 当硬件与软件都设计完成以后，毕设并没有做到最后，还有最重要的一部 分就是硬件的调试部分。硬件的调试主要是指各模块的调试，该设计中有 2 个 单片机，每个单片机都需要调试。此外需要调试的还有红外遥控模块、语音识 别模块等。 这里只讲述调试的大致过程，具有一般性。需要经过无数次的调试和修改， 才有可能得到正确的结果。如果在以下各模块的调试中没有相应的现象，需要 设计者自己耐心的找寻问题，解决问题。 5.1 连接语音芯片和红外发光二极管的单片机的调试 这个单片机中所下载的程序的主要作用有 2 个方面：一方面是等待语音芯 片识别出语音信号以后发回信息；另一方面是将该信息通过编码调制成脉冲串 信号。在调试判断这部分程序是否正确时，需要用到 2 个工具。一个是串口调 试助手，另一个是继电器模块。串口调试助手可以用来代替语音调试模块，向 单片机发送一个信号。 在该程序中，设定 p1.1p1.4 为调试端口，这四个端口分别和继电器的四 个端口相连。在下载软件中，选中串口调试助手，得到的界面如下图 5-1 所示。 图 5-1 下载软件的串口调试界面图 需要注意的是，图中的各选项，要选择正确。包括 16 进制显示、选择正确 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 的波特率（9600） 、选择正确的串口 com（在本次调试的是 com4） 。在单字串 发送区发送想要发送的字符，即 1a（16 进制） 。观察继电器模块的指示灯是 否有相应的变化。 5.2 红外遥控模块的调试 当继电器的指示灯有相应的变化以后，说明该单片机中运行的程序是正确 的。可以进行下一步的调试。连接红外接收的单片机中下载的程序的作用也有 2 个方面：一方面是将红外接收器接收到的信息还原为二进制的编码信号；另 一方面是通过得到的信号去控制继电器。 在对这部分进行调试时，方法同 5.1 节所讲的。不同的是，继电器模块连 接的单片机不同。连有红外接收器的单片机的 p1.1p1.4。仍然是通过串口调试 助手发送相应的命令，观看继电器是否有相应的变化。如果有相应的变化，说 明该单片机中的程序是正确的。同时红外发射和接收模块正常。 5.3 语音识别模块的调试 首先需要知道，语音芯片连接着麦克风、电源端、接地端还有单片机的串 口输入端。麦克风有正负之分。那区分的方法就是，线与麦克风相连焊接的地 方，有三根线连接到外壳的地方是负极，另一端为正极。 对该模块进行调试时，仍然用到继电器模块。调试的方法与 5.1 节有相同 的地方。唯一不同的是，输入的方式不同。5.1 节通过串口输入控制信息，而现 在通过语言芯片输入控制信息。 在对麦克风说一句关键词时，如果语言芯片能够识别出使用者所讲的这句 话，那么芯片上绿色的指示灯会闪烁，如果继电器有相应的现象，说明语音识 别模块是正常的。 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 6 总结与展望 6.1 结论 设计者成功的完成了本次设计，红外遥控技术和语音技术发挥了不容小觑 的作用。从 3 月份开始，根据自己在大学期间掌握的相对来说比较好的理论知 识确定了所做毕设的类型与题目。由于一些原因在 4 月份开始着手准备毕设。 去图书馆借来相关的书籍，和老师交流，确定了设计的大体方案。之后不但读 了不少有关这方面的论文、期刊、文献等。又学习了该设计所需要的软件的使 用。一切准备就绪，开始动手操作。功夫不负有心人，最终成功的完成了本设 计所需要的要求。使自己在大学所学的理论知识有了巩固，同时提高了自己的 动手能力。 本设计所做的主要工作如下： (1) 深刻的思考了智能家居发展的必要性以及发展趋势，明白了智能家居 对人类的巨大作用。 (2) 通过认真的思考，翻阅资料以后，为本设计选定了一个合理的方案。 (3) 有了整体的方案后，又为每个模块功能的实现选择比较合适的器件。 本设计的硬件选用的单片机是增强型 52 系列、选用的语音芯片型号为 ld3320、一个驻极体麦克风、一个红外发光二极管、一个红外一体化接收器型 号为 hs0038 和用来模拟家用电器的继电器。其中 51 单片机通过相应的编程去 控制其他器件的运行以及把各个模块连接起来。 (4) 选择完所需要的器件以后。又翻阅相关资料，了解这个硬件的使用方 法和内部相关数据。从而明白了硬件可以实现什么样的功能。确定的所需要的 模块：单片机模块、语音识别模块和红外遥控模块。 (5) 学会了各硬件的使用方法以后，通过与老师交流，设计出相应器件的 外围电路。例如单片机的复位电路和时钟电路，还有各器件的接口电路，从而 满足了本设计的要求。 (6) 因为本设计是软硬件结合的，设计完硬件以后，需要设计软件。学会 keil 软件的使用、编译、下载还有串口调试等。 本设计具有以下特点： (1) 结合语音芯片 ld3320、红外发光二极管、hs0038 等多种设备，实现 了对家用电器的简单控制。 (2) 本设计思路简单、清晰、逻辑性强，容易让人们所接受。 (3) 本设计实现的功能比较简单，但是很实用。 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 由于大学所接触的事物、所学的知识、拥有的能力都比较有限，所以本设 计和论文会有很多不完美的地方。希望大家体谅。麦克风用的是价格比较低廉 的产品。红外遥控模块的性能不是很稳定。语音芯片的性能决定了语音识别的 速度不高。所以本设计存在很多的缺陷，有待考察。 6.2 前景展望 智能家居可以让人们的生活更加方便、舒适。可以给人们带来不可想象的 便利。它将会普遍被每一个家庭所应用，让每一个人，真正享受智能化的生活。 本设计可以通过语音来控制家用电器的开启或者关闭。减少了人为的操作， 方便了人们的生活。这是社会进步的表现，也是生活水平提升的重要标志。本 设计涵盖了模电、数电、单片机、信息论、c 语言等多门学科。本设计的完成 很好的帮助了设计者将大学所学到的知识综合运用到一起，融会贯通。同时也 是一个绝佳的机会可以锻炼设计者的动手能力。理论联系实际，让设计者学到 了很多知识。 世界上不存在完美，没有十全十美的事物。本设计也不例外，也存在不足 之处。可以改进的地方如下： (1) 本控制器是基于语音控制的。单片机在识别语音芯片采集到的信息后 对家居进行远程控制。使用者在使用时必须靠近麦克风才能达到远程控制的目 的。在设计中如果将语音控制改为短信收发模块。这样不管人们走到哪里，都 可以随时通过手机短信去控制家电，更加方便和人性化。智能化程度相对比较 高。 (2) 在设计中如果可以加入报警功能。家里的安全情况时刻被我们所了解。 (3) 在设计中如果加入烟雾测试、温度测试等。如果家里着火会报警；如 果温度过高或过低，都可以自动控制空调的开启关闭。 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 谢 辞 当毕业论文写到这里时，在一定程度上说明，毕业设计走到了最后的一个 阶段。从刚刚着手准备毕设到现在，这一路走来，有很多的经验教训可以让我 在以后的人生道路上参考。同时，这次的毕业设计，不但巩固了大学所学的理 论知识，同时也给了我一个实践的机会。 对于本次的毕设，我着手准备的时间比较晚，刚开始有考研调剂，准备复 试等问题，所以在四月份，才开始正式准备。没有合理的安排好时间。在毕设 的前期，比较放松，没有全身心的投入进去，所以进展比较慢。到了毕设的后 期，时间紧迫。不得不抓紧一切时间去调试硬件，好在最后成功的做完毕设。 心里的煎熬让我明白了，不管任何时候，不管做什么事情，都应该做好计划， 然后尽全力去执行。 能够完成本次的毕设，好多老师和同学都给予我很多的帮助。在这里，我 首先要感谢我的指导老师王丽侠，从确定毕