基于语音控制的智能油烟机控制系统设计.docx

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1、本科毕业设计（论文） 基于语音控制的智能油烟机控制系统设计 Design of Intelligent Range Hood Control System Based on Voice Control 院 （系）计算机学院专 业电子信息工程班 级16电子2班学 号16210420224学生姓名李俊指导教师何世添提交日期2020年 4月 20日毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在指导老师的指导下，独立进行的设计（研究）工作及取得的成果，论文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人已经发表或撰写的作品及成果

2、。对本文的研究作出贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。毕业论文作者（签字）： 签字日期： 年 月 日内容摘要为了提高人们的生活质量，解决传统油烟机在使用过程中需要手动接触设置的问题，将会设计一款功能多样化的智能油烟机控制系统，使用语音指令实现对油烟机工作状态的选择，具备了通过语音控制选择风力大小，照明开关以及天然气泄漏检测的功能。本论文主要做了以下几个方面的工作：分析了智能油烟机在国内外的市场以及研究现状，针对现代油烟机的基本要求，提出了基于语音控制的智能油烟机设计方案；构造出智能油烟机的硬件和软件的架构并且介绍了各个模块的具体情况；分析了油

3、烟机语音控制系统的各个相应模块的驱动代码；最后使用相应的语音指令对所设计的智能油烟机系统做了风力控制、照明开关、报警功能以及延时关闭功能等四个测验，证明本设计的准确性和实用性。关键词：智能油烟机 单片机 语音控制AbstractIn order to improve peoples life quality and solve the problem that traditional lampblack machine needs to be set manually in the use process, the selection of working state of lampblack

4、 machine is realized through voice control. In this design, an intelligent lampblack machine with various functions will be designed, which has the function of selecting wind size, lighting switch and natural gas leakage detection through voice control. The main work of this article is as follows: t

5、o analyze the market and research status of intelligent range hood at home and abroad, in view of the basic requirements of modern range hood, put forward the design scheme of intelligent range hood based on voice control. The hardware frame of the intelligent range hood is mainly designed. The driv

6、ing codes of the corresponding modules of the voice control system of the range hood are designed. Finally, using the corresponding voice command to test the wind control, lighting switch and alarm function of the designed intelligent range hood system, which proves the accuracy and practicability o

7、f the design. Key words: Intelligent Range Hood SingleChip Speech Recognition 目 录第一章 绪论11.1 课题研究背景和意义11.2 国内外研究历史和现状11.3 论文研究内容与目标21.4 论文结构安排2第二章 系统方案构思32.1 需求分析32.2 系统框架42.2.1 语音处理模块42.2.2 微控制器模块42.2.3 显示屏模块52.2.4 电机驱动模块及风机52.2.5 电源模块52.2.6 报警模块52.2.7 照明模块52.3 本章小结5第三章 硬件系统设计63.1 语音采集模块63.2 微控制器模块7

8、3.3 显示模块83.4 电机驱动及风机93.5 电源供电103.6 气体检测模块103.7 照明模块113.8 本章小结11第四章 软件程序设计124.1 程序整体流程124.2 语音交互模块144.2.1 语音交互串口SPI读写方式144.2.2 串口通信154.3 显示模块164.3.1 设置模块指令164.3.2 字模取模及输出方式174.4 电机驱动模块184.5 气体检测模块184.6 照明模块194.7 本章小结19第五章 实验结果及分析205.1 测试环境与测试目的205.2 系统测试215.2.1 照明功能测试215.2.2 电机功能测试215.2.3 报警功能测试225.2

9、.4 延时关闭功能测试225.3 稳定性检测及分析235.4 本章小结24总结和展望25参考文献26致谢27广东东软学院本科毕业设计（论文）第一章 绪论1.1课题研究背景和意义厨房是美食产生的地方，但也是油烟产生的重灾区。现代厨房一般都离不开灶具及排风扇，随着都市生活的普及，油烟机已经替代原有的排风扇广泛使用在每一个家庭中，大大的提高了人们的生活质量。然而，随着技术的发展，油烟机除了能够除去油烟，保持厨房空气清新，更需要实现智能化。同时问题也接踵而来，如何实现油烟机智能化。虽然各个商家也宣称自家的产品有多智能化，但大部分噱头大于实用且已经呈现一种同质化的现象。用语音控制的油烟机是物联网下新的事

10、物，也是大厂争相发展的一个方向。同时语音控制的油烟机的核心竞争力是如何降低噪声，在嘈杂的环境下提高识别率，从而优化体验。语音交互自亚马逊的智能音响发明以来，一直是智能家居乃至家电智能化发展的一步试探。语音声控的应用与油烟机的结合，能够更好的方便人们做饭的手，满足厨房炒菜不用手指按动油烟机的场景使用。同时可以加入物联网，通过语音控制家里更多的智能设备，从而促进家庭物联化的发展。总之，语音控制技术将在智能家居中发挥重要的作用，所以用语音控制的智能油烟机具有重要的推广意义。1.2 国内外研究历史和现状语音控制最早可以追溯到2014年苹果推出的智能语音系统Siri，用户可以通过苹果手机语音执行一些操作

11、。但由于降噪、语音识别等问题受到了一些受限，在当时并未引起广泛关注。亚马逊智能音箱Echo在2015年正式发布后，真正得到智能家居设计的广泛关注。自此，国内各大互联网公司开始投入大量资金研发并且推出自己的智能语音产品，包括小米的小爱同学，阿里巴巴的天猫精灵等，以占据智能家居数据流量入口。同时，传统家电公司譬如海尔、格力、海信都希望借此机会，推出自家的内置语音助手的智能产品。可知语音控制是最简单控制方式，可以直接通过简单的语言指令进行操作。战略分析最新研究指出许多设备将配备内置的语音助理，如亚马逊的Alexa，在这完备整套智能设施，如监控设备和智能灯具等语音控制智能家用电器（不包括智能扬声器）的

12、销量预计将从2018年的15.4万台增至2025年的3230万台。在传统油烟机领域，2016年华帝公司就发布了一款“智能声控烟机-魔镜V2”的油烟机。从它的宣传和实际操作中可以发现，“魔镜V2”烟机具有与操作员进行语音交互的功能，搭载先进的微处理器，配置IPS高清液晶屏让人实时查看状态。能模糊识别多达几十条语音指令，支持普通话、粤语、部分方言等，以初步具备“人机交互”能力。1.3 论文研究内容与目标根据设计要求，该智能油烟机在使用过程中采用语音识别控制单元，无需操作人员操作按钮，智能语音控制智能油烟机的工作状态，如风力大小，照明开关等。同时针对灶具使用天然气的特点，对天然气泄露进行报警，并在显

13、示屏显示数据等。论文主要研究内容包括：(1)在研究论文、发明专利、实用新型专利及烟机的功能及特点的基础上，设计出智能语音控制油烟机的硬件平台。其中选择意法公司32位微处理器为核心芯片，外围电路包括可燃气体检测模块、语音识别模块、照明模块、电源模块、显示模块、电机驱动模块及直流风扇等;(2)在硬件平台的基础上，对系统的功能进行软件程序实现。包括可燃气体检测程序、语音识别程序、显示程序、驱动电机程序及照明程序、开关程序等；(3)最后结合自己所设计出来的系统，分析系统的运行状况。总结本文所设计的系统功能及性能，分析结果，证明系统可行性。并研究未来相关领域的推进方向。1.4 论文结构安排本论文内容分为

14、六个章节，各个章节解析结构如下：第一章为绪论，开篇介绍本文的课题研究背景及意义，分析国内外优秀公司设计的智能油烟机的研究现状。最后对本文研究内容、论文组织进行概述。第二章为总体设计方案，主要分析智能语音控制油烟机的要完成的技术路径，针对这些需求设计出了系统的总体设计方案，并对系统内的每一个模块进行了阐述。第三章为硬件设计，包括语音识别模块、STM32微控制器模块、可燃气体检测模块、照明模块、电源模块、显示模块、电机驱动模块及直流风扇等。第四章为软件系统开发，介绍了模块的软件系统设计。首先给出总体软件设计流程图，介绍整个系统是怎么实现的。然后根据各个模块的特点分别介绍各个模块的程序运行流程。第五

15、章为系统测试，测试系统实际工作情况。包括系统操作，实物硬件及软件程序展示。重点介绍了一些在调试过程中的出现问题及解决办法。最后为总结及展望，总结全文的工作。得出本文设计结论，完成论文要求。最后针对本次设计提出下一步完善意见。27第二章 系统方案构思2.1 需求分析本文主要研究的是智能语音控制油烟机。其系统组成如图 2-1所示。油烟机有一个麦克风能够接收到操作人员的语音指令，收到语音指令后有一个语音处理器能够解析出所说出的指令所代表的含义。语音处理器将结果发送给主微控制器中，微控制器根据结果执行风机开启、关闭及照明的功能。同时语音控制的智能油烟机上包含有煤气传感器。当有煤气泄露或是煤气没有点火的

16、时候，油烟机会自动开启，加大风量把可燃气体排出室内环境，减少危险，并在显示屏反馈状态。图 2-1 语音控制的智能油烟机系统组成图综上所述，系统需要满足如下要求：(1)在油烟机外壳上安装一个麦克风，能够接收到操作人员的语音指令，外壳内部有一个语音处理模块能够分析指令所代表的含义，并将结果发送给微控制器端进行执行。如图 2-1中数字3表示的位置。(2)微控制器收到指令信息之后对信息进行分析，执行开启、关闭风机及打开照明等相关控制信号。如图 2-1中数字5表示的位置，数字2表示照明指示灯。同时所有的操作都会显示在图 2-1中数字4表示的显示模块上。(3)微控制器如果收到开启或关闭风机指令时，会通过控

17、制图 2-1中数字1的直流电机驱动器驱动风机转动，排出油烟。(4)当燃气燃烧不充分或是燃气泄露时，图 2-1中数字6的燃气传感器就会给数字5的微控制器报警，自动打开风机，将燃气排放的室外，保障室内安全。2.2 系统框架针对需求分析中所提及的4点，从系统功能构成的角度分析，整个智能语音控制油烟机系统可以由7个部分构成：麦克风和语音处理模块、微控制器模块、电源模块、显示模块、电机驱动模块和风机、照明模块及报警模块，如图 22所示。图 22 语音控制智能油烟机系统总体设计框图2.2.1 语音处理模块本文的语音处理模块使用ICRoute公司的LD3320芯片。该模块本身就是专门应用于语音识别控制的芯片

18、，外部包括了语音识别模块和主要的外部电路，具有AD和DA转换器，麦克风输入接口、音频输出接口。LD3320的优势在于它不需要进行预设的用户测试和记成，而且识别率可以达到95%的，直接可以根据语音拼音进行识别。同时识别语音的内容可以动态编辑和修改，因此一个系统可以支持多种场景。2.2.2 微控制器模块微控制器模块是语音控制智能油烟机系统的核心，系统通过主控模块协调各个模块之间的工作，保障控制系统能够正常工作。本文使用意法公司的STM32F103C8T6作为主要微控制器。它是一款较为强力的32位Cortex-M3内核ARM处理器。相比于51单片机，它有更多的功能，具有更快的运算速度，更强的性能。同

19、时51单片机电源需要5V，STM32需要3V3电压就足够了。该系统中的所有模块都由3V3供电，因此更适合使用STM32进行微控制器。STM32还具有72MHz的处理速度，可以存储64KB的数据，有37个GPIO，可以扩展多种功能，具有4个16位定时器等特点。2.2.3 显示屏模块本文显示屏方面采用NOKIA公司出产的LCD5110模块，常见用于NOKIA6150，6100等系列移动通信产品的高精度显示模块，在国内许多企业也有研发出类似的产品，也能适应使用在各种便携式设备显示功能的需要。与其它类别的常见型号比较，该模块具有以下四个特点：(1) 具有84x48的点阵LCD，能显示4行文字；(2)

20、使用接口与主处理器实现连接，减少了所需接口信号线数量；(3) 可应用多种串行通信协议，传输速率高，实现全线程写入数据；(4) 可低电压供电，所需工作电流为200A，且可转换为掉电模式。2.2.4 电机驱动模块及风机一般情况下微控制器的IO接口电压和电流驱动力是非常有限的，因此驱动电机的时候，需要在风扇之前直接添加一个驱动电路芯片，本设计中采用H桥驱动电路，直接采用DRV8833C专用驱动芯片，驱动直流电机正反转。2.2.5 电源模块本文使用220V电源，而微控制器模块使用3V3电源，因此需要电源转换芯片。 本文使用三端稳定集成电路AMS1117-5.0和AMS1117-3.3，其外观类似于标准

21、的三极曲面片TO-232标准软件包。2.2.6 报警模块本文选择了MQ-2气体传感器，它的原理使用的气敏材料是二氧化酯（SnO2），监测空气中可燃气体的浓度。由于纯净的空气中具有低传导率，若有可燃气体比如甲烷，丙烷，丁炔，乙炔等气体时，导电率会根据浓度的提升而增大，所以可以检测可燃气体，尤其是天然气，是一种低成本的传感器，适用范围很广。2.2.7 照明模块本文的照明灯选择高流明低光衰草帽LED灯珠。超高亮led是比一般led发光二极管的亮度高近百倍的新型led，使用无色透明树脂材料。2.3 本章小结本章首先针对基于语音控制的智能油烟机控制系统进行了需求分析，总结了4个需要设计的功能，硬件模块包

22、括麦克风和语音处理模块、微控制器模块、电源模块、显示模块、电机驱动模块和风机、照明模块及报警模块。总结这4个方面提出了总体设计方案，并对这4个方面依次进行了器件的选型和简单的阐述。第三章 硬件系统设计3.1 语音采集模块本文的语音处理模块使用ICRoute公司的LD3320芯片。模块本身就是专门的语音控制芯片，外部集成了语音识别模块、包括AD，DA转换器，麦克风接口，声音输出接口。LD3320因为它不需要事先的用户训练和记录，而且识别率可以达到95%的，直接可以根据语音拼音进行识别，同时识别语音的内容可以动态编辑和修改，因此一个系统可以支持多种场景，直接使用串口进行通信如图 31图所示。图 3

23、1 LD3320芯片管脚分布LD3320采用3.3V电压，需要将数字地和模拟地进行隔离。芯片管脚高电平（逻辑“1”）：0.7VCCVCC，低电平（逻辑“0”）：00.3* VCC。SPI接口电路要求电压在3.3V范围以内，以实现控制对LD3320的管脚输出的高电压低于3.3V。LD3320芯片的电路连接方式是通过SPI总线协议端口通讯，串行接口通过 SPI 协议和外部微控制器连接。操作步骤如下：首先将关键拉低后接高电平，同时要求（SPIS*）接地。此时片选完成，SPI四根线SCS、SDCK、SDI及SDO全部置低，如Error! Reference source not found.所示。时钟

24、芯片与外部时钟相连，其频率范围为448MHz。在芯片内部置有PLL 频率合成器，供电路内部所需使用。复位信号需要在信号接入稳定后进行，可初始化芯片并重置寄存器，使用CSB信号就可以重新激活芯片进入工作状态。图 32 LD3320电路原理图3.2 微控制器模块本文采用了意大利法(ST)的STM32F103系列芯片。STM32F103系列芯片采用Cortex-M3体系结构，具有丰富外设，性能更高，可嵌套中断，DMA功能，实时系统，低成本和低功耗等诸多优点。设计中使用的STM 32模块可以为标准的2针接口电路JTAG和SWD，如图3-3所示。最小系统只能使用SWD接口，它可以使用至少2个字符串（SW

25、CLK和SWDO）下载和调试代码，有点像使用串口下载代码，并且非常快速和可调试。可以在使用产品而不是JTAG时离开SWD下载调试代码。图 33 JTAG/SWD电路图包括它有丰富的GPIO口及通信总线，还有12位的高速ADC模拟采样。本文采用8MHz晶振无源晶振作为时钟信号，同时在晶振两端接有反馈电容C1与C2和反馈电阻RF。对于C1和C2，采用高质量的介质电容器（通常）在5pF和25pF之间用于高频应用。晶振配合电阻为1M。微处理器的核心电路图如图 34所示。图 34微处理器的核心电路图3.3 显示模块本文选择显示模块的目的是在油烟机上显示语音交互结果、抽风的结果、报警数据等，方便用户直观的

26、了解到系统的状态。如图 33所示，本文采用LCD5110液晶屏模块，上下双排接线端子。接口为串口SPI接口，与主处理器实现连接，也可应用多种串行通信协议，实现全线程写入数据。图 33 LCD5110液晶显示模块3.4 电机驱动及风机由于STM32微控制器不能直接驱动风扇，需要在风扇之前直接添加一个驱动电路芯片，本文直接选用专用的驱动芯片DRV8833C双路H桥电机驱动芯片。使用DRV8833C驱动直流风扇电机，在较低的VM电压条件下，电流能力略有下降。引脚A，B可以由PWM控制。通过将IN1，IN2，IN3和IN4分别连接到高电平和低电平，并仅通过STM32微控制器上的两个端口控制PWM信号，

27、其中IN1，IN2控制电动机M1； IN3和IN4控制电动机M2，可以在能量端A和B上旋转风扇。DRV8833C电机驱动电路如图3-6所示。图 36 DRV8833C电路原理图风扇是5010直流DC9V、0.18A及2.54端头风扇。风扇机械结构如图3所示。图37 5010直流风扇机械结构图3.5 电源供电STM32系列单片机工作电压为3.3V。可知由VDD引脚对I/O以及调压器供电，而VSSA和VDDA所需电压是3.3V，对模数转换器以及倍频器的模拟部分供电。当使用ADC采集电路时，VDDA电压不低于2.4V，VSSA应为3.3V，此时VDDA和VSSA需要接到VDD和VSS。在本次设计中模

28、拟使用电压为9V，所以加装了一个电源集成模块来转换电压，其中配置有两个电源转换器，一个是AMS1117-3.3V及AMS1117-5.0V，电路如Error! Reference source not found.所示。图3-8 9V转5V电源模块 5V转3.3V电源模块 3.6 气体检测模块该MQ-2传感器能够检测多种可燃性气体，成本低，应用范围广，对很多种已知的易燃气体的检测灵敏度高，可以作为居家环境空气检测使用，也符合工厂的复杂气体泄漏检测装置使用。MQ-2传感器如图3-9所示。气体检测模块有数字输出和模拟输入两种模块，可以通过采集电压值或是采集TTL电平的方式检测空气浓度。在气体密度正

29、常环境中，输出低电平，此时信号灯亮，当易燃气体密度高时传感器模块中电路模拟输出有效信号，体现为高电压。图 39 MQ-2传感器模块3.7 照明模块本文采用高亮LED灯珠，具有使用寿命长、抗压能力强和内部器件密度高等优点，无对人体有害辐射的光线，在低电压环境下稳定工作。LED灯如图 3所示。图 310 高亮LED灯珠3.8 本章小结本章主要介绍了语音控制的智能油烟机的硬件平台设计。分别用7个方面介绍了主要的功能模块，包括语音采集模块、微控制器模块、显示模块、电机驱动及风机、气体检测模块、电源模块及照明模块等。结合电路原理图和产品介绍，总结了硬件平台的实施方案和详细设计过程。第四章 软件程序设计4

30、.1 程序整体流程为了实现语音控制油烟机系统的功能，在完成了硬件系统设计后，需要对软件程序功能进行实现。语音控制油烟机系统整体程序流程图如图 41所示，整个程序软件都写在STM32微控制器内。首先，程序对时钟、嘀嗒定时器及中断等复用功能进行初始化。其次，对各个模块进行初始化，包括初始化LD3320语音识别模块、LCD显示模块、定时器程序（电机驱动模块）、气体检验模块、串口模块、照明模块等，显示屏上显示初始化界面，包括内容“激活口令”、“气体检验状态”“功能状态”第二个，完成之后进行while循环。图 41 整体软件程序流程图在循环过程中，首先需要识别到语音交互指令，识别成功后，返回指令代码，根

31、据指令代码执行相关操作，包括“打开排风扇”、“ 关闭排风扇”、“ 打开照明灯”、“关闭照明灯”、“ 打开报警功能”、“ 关闭报警功能”、“ 延时关闭五秒”及“加大风量”能够识别8个普通话语句，所有的语音交互指令激活都需要首先对语音交互模块喊出“小娜”才可以激活执行指令。首先需要对STM32系统以及显示状态初始化： System Initialization(); Display_Init(); 在串口中断函数中，需要将语音指令写进字符串变量中，当遇到字符串结束符时再进行指令的解析：图4-2执行相关语音指令流程图最后通过语音交互模块来分析获取到的字符串指令：(1)当指令为“Servo_Open”

32、时，启动排风扇;当为“Servo_Close”时，关闭排风扇；(2)当指令为“LED_Open”时，启动照明灯;当为“LED_Close”时，关闭照明灯；(3)当指令为“Alarm_Open”时，启动报警;当为“Alarm_Close”时，关闭报警；(4)当指令为“Delay_Closed”时，启动延时关闭五秒功能；(5)当指令为“Increase_Vent”时，启动加大排风量功能。4.2 语音交互模块4.2.1 语音交互串口SPI读写方式LD3320语音交互模块中包含有一个STC15系列的芯片，它与LD3320芯片直接相连，通过SPI口两者进行通信。STC15芯片收到数据后进行分析，最终通过

33、串口直接将执行命令发送给STM32模块。STC15芯片通过串行模拟SPI读写的方式模拟时序，到达读写LD3320模块的功能，写寄存器时序如图 4所示，读寄存器时序如图4-4所示。图 43 LD3320写寄存器时序图图 44 LD3320读寄存器时序图LD3320时序函数的程序流程图如图4-5所示。图4-5 LD3320读写寄存器时序函数4.2.2 串口通信在串口通信执行过程中，输入STC15，待处理完数据后，将LD3320读写出来的指令通过串口的形式发送给STM32微控制器。STC15采用串口通信，如果调试人员可以修改main.c功能中的处理功能，将关键词改为输出的标识码，那么转换后串口都会输

34、出相应的标识码，STM32微控制器通过程序分析各个标识码，达到控制效果。(1)添加关键词和识别码打开程序，在 LDChip.C 文件中找到 uint8 LD_AsrAddFixed() 函数，在该函数里面就可以修改所需要说的关键词句，该关键词句。如表4.1所示，要添加10个关键词，在这些关键词中最长的一句长度为30。当s Recog数组为关键字数组时，添加内容为拼音输入模式，例如添加“打开风扇”命令，写“dakaipaifengshan”，每个汉字之间的拼音用空格隔开。在p代码数组作为标识码数组，添加的标识码是预定义的宏定义常数值，必须与关键词一一对应。如表4.1所示。表4.1 LD3320添

35、加关键字及识别码函数关键字识别码函数xiao naCODE_CMDda kai pai feng shanCODE_DMCSguan bi pai feng shanCODE_KFBYZda kai zhao ming dengCODE_KDguan bi zhao ming dengCODE_GDda kai bao jing gong nengCODE_BJguan bi bao jing gong nengCODE_SHyan shi guan bi wu miaoCODE_GZjing da feng liangCODE_FL(2)串口发送函数打开程序，在void User_handl

36、e函数行列，通过选择不同的指令可以修改与STM32串口通信发送的函数，如表4.2所示。表4.2 串口通信函数Switch部分执行操作识别操作case CODE_DMCS:UARTSendByte(0x01)“打开排风扇”命令识别成功case CODE_KFBYZ:UARTSendByte(0x02)“关闭排风扇”命令识别成功case CODE_KD: UARTSendByte(0x03)“打开照明灯”命令识别成功case CODE_GD: UARTSendByte(0x04)“关闭照明灯”命令识别成功case CODE_BJ:UARTSendByte(0x05)“打开报警功能”命令识别成功ca

37、se CODE_SH:UARTSendByte(0x06)“关闭报警功能”命令识别成功case CODE_GZ:UARTSendByte(0x07)“延时关闭五秒”命令识别成功case CODE_FL:UARTSendByte(0x08)加大风量”命令识别成功4.3 显示模块4.3.1 设置模块指令在固定LCD5110液晶对应坐标过程中，首先需要规定模块指令集数据，以字节8位传输到PCD8544d的RAM矩阵。在应用水平寻址模式过程中，X地址从V=0开始每个字节之后逐个递增，若传至最后一个X地址，此时XV=83，需要读取下一个地址时X直接绕过并且递增到下一行地址。也就是说，地址指针在传至到每个

38、寻址过程中的最后地址（83，5）都需要重置地址，此时X=0，YX=0。LCD5110主要设置流程如下图4-6所示。图4-6 LCD5110模块设置流程图4.3.2 字模取模及输出方式LCD5110模块不包括字库，显示的所有汉字都需要使用软件建模。选择逐行公式（指一种字体，逐行计数）取模式方向：向前，前面高. 点阵字体显示与中文字符相对应的每个点的内容空，为0，显示点为1。取字模软件采用液晶汉字模提取.exe软件执行，如图 4所示。图 47 液晶汉字模提取软件4.4 电机驱动模块PWM( Pulse Width Modulation )需要固定信号输出的基本周期，通过调整周期大小来控制信号输出功

39、率范围。PWM驱动控制系统实现过程中，使用一个固定的周期来开关电源,并按照需要改变该周期内“0”和“1”的时长。也就是在接入电流后，控制占空比，使通电时间长则电机转动快，通电时间短则电机转动慢，通过调整开关的通电时长比例控制电机转速。PWM斩波频率如图 4所示。图 47 PWM 信号该电机接通电源时，设电机转速最大：Vmax。其占空比：D= tT100%则电机的平均速度为：Vd=VmaxD由公式可知，Vd表示电机转动时的平均速度；Vmax表示电机通电时可达到的最大转动速度；D是占空百分比。通过调整占有率D，则可以得到电机转动时的不同平均速度，以实现调速目的。占空百分比D表示在一个周期T中开关电

40、流通过的时间t和循环的比例，且D的大小范围为0D1。在固定供电电流时，输出电压的平均值依赖于空比D的大小，通过改变D的值改变输出电压的平均值来控制电机的转速，这就是PWM速度调整。由于空比D的大小是由t和T两个数值的大小决定的，因此改变D的大小的方法一般有几种:固定宽度调制法（t不变，T改变），固定宽度调制法（t改变，T改变）和调宽度调制法（t改变，T改变）。4.5 气体检测模块气体检测模块主要使用MQ-2器件，内有TTL输出和数字模拟信号输出，采集空气中密度大小调整电平输出，气体泄漏时密度高，此时模拟输出电压增大。在通电后需要注意传感器的感应程度，可预热20S，待测量数据平稳后再进行检测。图

41、4-7 气体检测流程图4.6 照明模块LED照明子程序是最简单的LED灯程序，当设置STM32输出管脚为0时导通，LED灯点亮。如果设置STM32输出管脚为1时关断，LED灯熄灭。4.7 本章小结本章主要根据第三章有关硬件系统设计，针对智能油烟机的相关系统和模块的使用方式做了详细的研究，再展开分析了系统中每个模块的具体程序设计。首先给出整个智能油烟机的总体设计流程图，介绍整个系统是怎么实现的,然后根据各个模块的特点分别介绍各个模块的程序运行流程,最后对本章进行总结。第五章 实验结果及分析5.1 测试环境与测试目的本文所设计的语音控制智能油烟机全部采用现成模块化设计，由7件硬件模块采用已有现成的

42、模块进行连接后进行系统搭建，最终是要杜邦线进行连接。如图5-1所示，图中通过指示出了各个模块的具体器件的实物图。图5-1 硬件模块实物图在343的厨房环境下，使用220V标准家用交流电给系统上电之后LCD显示模块会显示“智能油烟机”，表明该系统名字。第二行显示“语音唤醒小娜”，指示系统语言控制指令。当操作人员喊“小娜”时，语音采集模块会激活，LED灯点亮，表示系统已经被唤醒，可以通过7种语音直接控制系统。语音控制指令如表5.1所示。表5.1 语音控制指令语音指令实际操作效果模拟操作内容打开排风扇风扇以40Hz的频率进行排风作业油烟机正常排风关闭排风扇风扇停止转动油烟机关闭打开照明灯打开1W白色

43、LED灯照明灯打开关闭照明灯白色LED灯关闭照明灯关闭开报警功能天燃气报警功能开启监测天燃气是否泄露闭报警功能天燃气报警功能关闭正常明火炒菜做饭延时关五秒系统延时5秒关闭操作人员离开后，对厨房进行换气排风量加大风扇全速进行排风作业油烟较大时，全速排风5.2 系统测试5.2.1 照明功能测试系统上电之后，当LCD显示模块会显示“智能油烟机”“语音唤醒小娜”，对准语音采集模块说“小娜”的时候，LED灯亮起，如图5-2所示。图5-2 LED灯打开(1)当说出“打开照明灯”的时候，LCD显示模块会显示“打开照明灯”并且高亮LED灯珠亮起，如图5-3（左）所示；(2)当说出“关闭照明灯”的时候，LCD显

44、示模块会显示“关闭照明灯”并且高亮LED灯珠熄灭，如图5-3（右）所示。 （左） （右）图5-3 执行照明功能指令5.2.2 电机功能测试(1)当说出“打开排风扇”的时候，LCD显示模块会显示“打开排风扇”并且启动风扇，如图5-4（左）所示；(2)当说出“关闭排风扇”的时候，LCD显示模块会显示“关闭排风扇”并且关闭风扇，如图5-4（右）所示。 （左） （右） 图5-4执行电机功能指令5.2.3 报警功能测试(1)当说出“打开报警功能”的时候，LCD显示模块会显示“开报警功能”并且开始检测天然气是否泄漏，如图5-5（左）所示;(2)当说出“关闭报警功能”的时候，LCD显示模块会显示“关闭报警功

45、能”并且停止检测天然气，如图5-5（右）所示。 （左） （右）图5-5 执行报警功能指令5.2.4 延时关闭功能测试当说出“延时关闭五秒”的时候，LCD显示模块会显示“延时关闭五秒”并且在五秒后停止系统的所有功能进入待机状态，如图5-6所示。图5-6 执行延时关闭功能指令5.3 稳定性检测及分析安静环境中性能良好的语音识别系统，在有噪声干扰的情况下时常出错，因此测试该系统受噪音干扰的整体性能很有必要性。在343的模拟厨房空间中，分别制造30dB、60dB、90dB以及110dB的噪音环境，如图5-7所示，系统上电后开始稳定性检测20遍，具体测试操作如表5.2。图5-7 噪音干扰系统测试表5.2 噪音环境测试噪音环境测试操作预期情况实际情况结论30dB输入表5.1指令执行指令执行指令通过60dB输入表5.1指令执行指令通过90dB输入表5.1指令执行指令通过110dB输入表5.1指令不执行指令失败由表5.2可知，分析可看出该语音控制系统在正常噪音环境下，如30dB-60dB的强度干扰下完整执行测试操作，在90dB的强度干扰下也能执行相应指令，但在噪音强度较大的110dB环境中没有符合预期情况，得出该系统对语音指令的平均识别率达到90%，说明系统对所需