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一种新型多功能智能家居抑制器设计

发布时间:2018-12-15 01:06:04 文章来源:未来智讯    
    一种新型多功能智能家居抑制器设计作者: 刘子闻胡威黄从贵   摘要: 以Arduino模块为核心设计一种新型多功能智能家居抑制器。抑制器分辨选用LD3320模块进行语音的采集、识别和报警;选用WIFI模块、Zigbee模块进行信号的无线通信和抑制;选用HR911105A网口接口模块进行网络的智能抑制,从而实现对家居设备不受地域、多种方式、智能化地远程抑制。
  关键词: Arduino单片机;LD3320模块;Zigbee模块;HR911105A模块
  中图分类号:TB 文献标识码:A
  doi:10.19311/j.cnki.1672-3198.2016.11.146
  1引言
  随着科学技能的不时进步及对生活质量的要求不时提高,人们在选择和使用家用电器时,已从单一功能的传统家电转向智能化家电。利用智能家居抑制器能够提供多种家电智能抑制方案,使家居的主人更加享受家庭生活,且使他们处理家庭工作,更快、更方便,为他们提供更加适宜的生活空间。但是智能家居市场错综复杂,现有的智能家居系统很难实现真正意义上的智能性,再加上智能设备的多样性、智能系统的兼容性、价格不菲等诸多因素使得智能家居很难真正走入大众的生活。
  本文根据现代生活对居住环境的便捷性、平安性、舒适性等方面的需求,设计一种新型多功能智能家居抑制器,实现家居电器的低功耗、高可靠性、可扩展性、灵活性的无线传输和远程抑制。
  2整体方案
  智能家居抑制器整体方案框图如图1所示,整个系统主要由主抑制器、无线传输模块、语音识别模块、网络接口模块和无线发射/接收模块组成。
  主抑制器选用性价对照高的Arduino单片机模块;语音识别模块负责语音指令的采集、识别以及语音报警;网络接口模块负责手机终端与主抑制器之间的网络通讯;无线传输模块负责接收室内温湿度、可燃气传感器的实时监测信号,并上传给主抑制器;无线发射模块负责发射主抑制器发出的家居电器抑制下令,无线接收模块则接收下令并传给执行模块。
  3硬件设计
  3.1主抑制器模块
  主抑制器模块Arduino Mega2560是美国Atmel公司2013年最新推出的一款易用型开源抑制器,以ATmega2560-16AU单片机为核心。
  主抑制器模块电路主要包括:单片机最小系统和下载程序接口。单片机最小系统包括:单片机、电源电路和复位电路。
  ATmega2560-16AU单片机资源丰富、性价比高,16MHz的晶振,处理速度可达20MIPS,同时具有54路I/O口、256KB Flash Memory、8KB SRAM、4KB EEPROM、4路UART接口。主抑制器模块能够通过3种途径自动选择供电方式(外部直流电源供电、电池供电和USB接口供电),同时提供了自动复位设计,能够通过Arduino软件下载程序自动复位。
  主抑制器模块上的单片机已经预置了bootloader程序,能够直接通过单片机上ICSP header直接下载程序。
  3.2语音识别模块
  系统的语音识别模块选取ICRoute公司的高本能LD3320语音识别芯片,它集成了语音识别处理器和外部电路,可对语音信号进行捕捉、识别、处理和播报。
  LD3320芯片内置16位A/D转换器、16位D/A转换器和和功放电路等接口,且不需要外接任何辅助的Flash芯片,RAM芯片和A/D芯片等,可直接实现语音识别、声控和人机对话功能。识别的种类包括单字,词组等,语音识别率对照稳定,正确率也对照高。
  语音识别模块与单片机的接口方式选取并行接口,其抑制信号、停止返回信号均与单片机直接相连。语音识别的事务原理为:最初对输入的声音进行频谱分析后,再提取语音特征信息,最终将训练模板中的数据与特征信息进行匹配,输出识别结果。
  3.3无线收发模块
  本系统中运用315M无线模块来完成单片机与设备之间的“通讯”作业。通过315M无线模块对信号进行采集、发送/接收、传递。
  315M无线模块分为数据发射模块和接收模块。
  数据发送模块具备较宽的事务电压,最佳事务电压为12V,可最远传输至500米。选取ASK方式调制,可延长使用期。传输距离因实地环境不同而不同,主要受调制信号,发射电压,接收机灵敏度等因素影响。
  接收模块在一定程度上仅仅是一种组件,惟有和发送电路、单片机组合时才有效。接收模块可在电路设计中灵活的渗入,以达到减小干扰,保证信号的稳定性。
  3.4无线传输模块
  本设计系统中zigbee无线传输模块用于烟雾、温湿度传感器和arduino模块之间信息“交互”。
  Zigbee是一种短距离、低速率的无线组网技能。在zigbee网络内,设备之间通讯稳定,无需人为设定,抗干扰能力强。
  Zigbee模块提供SMT与DIP接口,可直接连接TTL接口设备,实现数据透明传输功能,通讯距离远。最大的亮点是zigbee技能可自组网。通过动态路由和网络拓扑结构,数据可稳定传输至目的地。
  4软件设计
  软件设计基于Code Composer Studio IDE集成开发环境和Keil C51语言。软件模块主要有:主函数、语音报警子函数、网络接口子函数、无线传输子函数和无线收发子函数等。
  4.1主函数流程图
  通过语音识别模块LD3320进行语音识别与播报,模拟信号通过arduino模块转化为数字信号给315传输模块,然后继电器接收,做出指定“动作”,见图2。
  4.2语音报警子函数
  通过烟雾传感器收集信息,将信号经zigbee模块传输到arduino,进而将信号转换为LD3320模块可识别的数字信号,完成语音报警,如图3所示。
  4.3网络接口子函数
  手机/PC的信号通过云端发送至HR911105模块,进而arduino捕获信号并转换为数字信号传输给语音模块完成报警事务,如图4所示。
  5归纳
  本项目联合新兴的物联网技能和现有的多媒体信息化手段,设计一种新型多功能智能家居抑制器,通过语音、手机、PC设备和移动网络等多种方式来无线远程抑制家用电器,实现多种方式一体化抑制;被控家用电器与总抑制器之间选取无线通信方式连接;同时,兼备家庭火灾监测,语音网络警报功能,真正体现智能家居的内涵,让家用电器与我们人类之间的沟通变得更加大略、快捷、高效。
  参考文献
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