基于stm的智能家居設(shè)計(jì)原理

1、設(shè)計(jì)了以STM32 單片機(jī)為核心的智能家居控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以語音識(shí)別技術(shù)和GSM 通信技術(shù)為基礎(chǔ)，完成控制臺(tái)、手持設(shè)備及門禁密碼鎖之間的通信， 實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)家居電器的遠(yuǎn)程控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，具有廣泛的應(yīng)用前景。智能家居( 又稱智能住宅) 是以住宅為平臺(tái)， 兼?zhèn)浣ㄖ⒕W(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動(dòng)化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境，是融合了自動(dòng)化控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一體的家居控制系統(tǒng)。近年來，隨著人們生活水平的提高以及計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展, 智能家居逐漸成為未來家居生活的發(fā)展方向。因此在實(shí)

2、現(xiàn)智能控制的同時(shí)，研制一個(gè)成本低、實(shí)用性強(qiáng)的智能家居系統(tǒng)便顯得非常有必要。本文以STM32 單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了一套智能家居控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以語音識(shí)別、GSM 通信等技術(shù)為基礎(chǔ)，通過無線通信、串口通信對(duì)系統(tǒng)各部分進(jìn)行串聯(lián)，用戶可通過門禁密碼鎖驗(yàn)證身份后進(jìn)入智能家居系統(tǒng)， 利用總控制臺(tái)設(shè)定室內(nèi)家居的狀態(tài)，亦可借助觸屏手持設(shè)備、GSM 手機(jī)等對(duì)室內(nèi)家居進(jìn)行手動(dòng)或語音控制。1 智能家居系統(tǒng)硬件平臺(tái)建立智能家居控制系統(tǒng), 硬件是關(guān)鍵和基礎(chǔ)，它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、控制和反饋的準(zhǔn)確性、節(jié)能性都有直接影響。本智能家居系統(tǒng)選用了以下硬件設(shè)備：(1) STM32F103VET6 微處理器及STC12-C

3、5A60S2 微處理器系統(tǒng)中手持設(shè)備的微處理器選用STM32F103VET6 ，總控制臺(tái)及門禁密碼鎖部分選用STC12C5A60S2。STM32F103VET6 基于ARM Cortex M3 32 bit 的RISC內(nèi)核, 工作頻率最高可達(dá)72 MHz, 內(nèi)置高速存儲(chǔ)器(64 KB的閃存和20 KB 的SRAM), 豐富的增強(qiáng)I/O 端口和連接2 條APB 總線的外設(shè)。STC12C5A60S2 是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051 單片機(jī)， 指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051 。內(nèi)部集成MAX810 專用復(fù)位電路、2 路PWM、8 路高速10 位A/D轉(zhuǎn)換。(2) 語音識(shí)別芯片LD

4、3320LD3320 芯片是一款語音識(shí)別專用芯片。該芯片集成了語音識(shí)別處理器和一些外部電路, 包括A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、麥克風(fēng)接口、聲音輸出接口等。可以實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別、聲控及人機(jī)對(duì)話功能，并且可以任意動(dòng)態(tài)編輯、識(shí)別關(guān)鍵詞語列表。(3) GSM 模塊TC35TC35 是一款雙頻900 MHz 、1 800 MHz 高度集成的GSM 模塊， 具有性能穩(wěn)定， 功耗低及易于集成的特點(diǎn)。(4) 無線模塊nRF24L01nRF24L01 是一款新型單片射頻收發(fā)器件, 工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM 頻段之間。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器及調(diào)制器等功能模塊, 并融合了增強(qiáng)型ShockBu

5、rst 技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。(5) 3.2 英寸TFT 真彩觸摸屏顯示模塊該模塊功耗低, 支持8 bit 、16 bit 總線接口, 模擬I/O控制， 彩屏模塊上配置ADS7843 觸摸控制器, 支持一個(gè)SD 卡（SPI 方式） ， 支持一個(gè)SPI 的DATA Flash, 構(gòu)成人機(jī)交互圖形界面。2 智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)本智能家居系統(tǒng)主要包括手持設(shè)備、總控制臺(tái)、門禁密碼鎖3 個(gè)部分?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1 所示。該系統(tǒng)通過微處理器完成整體的控制功能， 利用無線通信及串口通信對(duì)系統(tǒng)各部分進(jìn)行串聯(lián)。通過門禁密碼鎖部分完成身份認(rèn)證功能，接收處理短信指令， 實(shí)現(xiàn)戶外控制； 利用手

6、持設(shè)備實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)任意地點(diǎn)的實(shí)時(shí)控制； 通過總控制臺(tái)接收指令， 最終完成各項(xiàng)控制操作。本智能家居系統(tǒng)的操作方式如下。（1） 身份驗(yàn)證門禁密碼鎖通過串口完成與控制臺(tái)的通信， 設(shè)定密碼存入STC12C5A60S2 單片機(jī)EEPROM,TFT 觸摸屏顯示人機(jī)界面。單片機(jī)獲取輸入信息， 進(jìn)行比對(duì)處理后將結(jié)果傳至控制臺(tái)。（2） 語音控制語音信號(hào)通過語音設(shè)備輸入，STM32F103VET6 單片機(jī)通過SPI 總線接收。單片機(jī)處理后通過SPI 傳輸指令至nRF24L01 無線模塊。無線模塊發(fā)送指令至總控制臺(tái)，總控制臺(tái)接收處理信息， 完成相應(yīng)的控制步驟。（3 ）TFT 觸摸屏控制觸摸屏操作產(chǎn)生電平信號(hào)， 經(jīng)過轉(zhuǎn)

7、換后通過串行總線傳輸至STM32F103VET6 單片機(jī)接受處理。（4） 短信控制GSM 模塊接收短信， 經(jīng)STC12C5A60S2 單片機(jī)讀取后， 通過串口傳輸發(fā)送指令至總控制臺(tái)等候處理。（5 ） 總控制臺(tái)操作控制TFT 觸摸屏顯示人機(jī)界面。STC12C5A60S2 單片機(jī)獲取操作信息并作出相應(yīng)處理。3 智能家居系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整個(gè)智能家居系統(tǒng)以STM32 微處理器為控制核心，使用C 語言編寫。智能家居系統(tǒng)的軟件可分為手持設(shè)備、總控制臺(tái)以及門禁密碼鎖3 個(gè)部分， 主要由底層驅(qū)動(dòng)程序、系統(tǒng)主程序、顯示子程序、無線通信子程序、語音識(shí)別子程序及GSM 子程序等部分組成。手持設(shè)備的軟件控制流程如圖2 所

8、示。總控制臺(tái)的軟件控制流程如圖3 所示。門禁密碼鎖的人機(jī)界面軟件控制流程如圖4所示。3.1 語言模塊軟件設(shè)計(jì)語音識(shí)別是本系統(tǒng)的重要功能之一。語音識(shí)別程序的設(shè)計(jì)， 參考了LD332X 開發(fā)手冊(cè)， 采用中斷方式工作, 其操作順序如下：（1 ） 初始化在初始化程序里， 主要完成軟復(fù)位、模式設(shè)定、時(shí)鐘頻率設(shè)定、FIFO 設(shè)定等程序設(shè)置。（2 ） 建立識(shí)別列表識(shí)別列表在LD3320 中建立， 規(guī)則是每個(gè)識(shí)別條目為標(biāo)準(zhǔn)普通話的漢語拼音（ 小寫）, 每?jī)蓚€(gè)字（漢語拼音）之間用一個(gè)空格間隔。每個(gè)識(shí)別條目對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的編號(hào)（1 個(gè)字節(jié)） ， 不同的識(shí)別條目的編號(hào)可以相同， 且不用連續(xù)，但數(shù)值要小于256 （00

9、HFFH） 。LD3320 最多支持50 個(gè)識(shí)別條目。（3 ） 開始識(shí)別設(shè)置相關(guān)的寄存器， 開始語音識(shí)別。在LD3320 芯片正式開始識(shí)別之前設(shè)置當(dāng)前狀態(tài)( 例如：LD_ASR_RUNING狀態(tài)或者LD_ASR_FOUNDOK 狀態(tài))。ADC 通道為麥克風(fēng)輸入通道，ADC 增益即麥克風(fēng)音量，可設(shè)定值00H7FH。本系統(tǒng)采用40H6FH 的設(shè)定值。設(shè)定值過大容易造成識(shí)別啟動(dòng)過于敏感， 產(chǎn)生誤識(shí)別；設(shè)定值過小則需要近距離說話才能啟動(dòng)識(shí)別功能。（4） 響應(yīng)中斷麥克風(fēng)采集到聲音后， 將產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)。中斷程序根據(jù)寄存器的值分析結(jié)果， 通過讀取BA 寄存器的值獲取候選答案?jìng)€(gè)數(shù)； 讀取C5 寄存器里的值

10、， 獲取最正確答案的對(duì)應(yīng)編碼。3.2 無線模塊軟件設(shè)計(jì)nRF24L01 無線傳輸程序的設(shè)計(jì)采用增強(qiáng)型的ShockBurstTM 模式下工作。典型的雙向鏈接為：發(fā)送方要求終端設(shè)備在接收到數(shù)據(jù)后有應(yīng)答信號(hào)， 以便于發(fā)送方檢測(cè)有無數(shù)據(jù)丟失。一旦數(shù)據(jù)丟失， 則通過重新發(fā)送功能恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)。發(fā)射數(shù)據(jù)： 設(shè)置nRF24L01 為發(fā)射模式； 將地址TX_ADDR 和數(shù)據(jù)TX_PID 按照時(shí)序由SPI 口寫入nRF24L01 緩存區(qū)，TX_PLD 在CSN 為低時(shí)連續(xù)寫入，TX_ADDR 在發(fā)射時(shí)寫入一次；CE 置為高電平并保持10s ，延遲130 s 后發(fā)射數(shù)據(jù)； 開啟自動(dòng)應(yīng)答,nRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)

11、后立即進(jìn)入接收模式, 接收應(yīng)答信號(hào)。如果收到應(yīng)答, 則認(rèn)為此次通信成功，TX_DS 置高, 清除TX_PID； 若未收到應(yīng)答, 則自動(dòng)重新發(fā)射該數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)： 設(shè)置nRF24L01 為接收模式， 延遲130 s后進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測(cè)到有效數(shù)據(jù)時(shí)， 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包，同時(shí)進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號(hào)。3.3 GSM 模塊軟件設(shè)計(jì)TC35 模塊采用AT 賀氏指令。單片機(jī)可以通過正確的AT 指令對(duì)TC35 模塊進(jìn)行初始化和短消息的接收發(fā)送。對(duì)短消息的控制有Block 模式、PDU 模式和Text 模式。使用Block 模式需要手機(jī)生產(chǎn)廠家提供驅(qū)動(dòng)支持。目前PDU 模式已取代Block 模式， 而Text 模式不支持中文,因此本系統(tǒng)使用PDU 模式進(jìn)行短消息的接收和發(fā)送。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于STM32