基于物联网与语音控制的家用电器系统设计毕业设计论文.doc

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1、基于物联网与语音控制的家用电器系统 摘要智能家居通过物联网技术将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、空调控制、安防系统等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、防盗报警、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。本系统选用32位微控制器F103ZET6作为微处理器，由语音识别部分、NRF24L01无线通信模块、红外通信部分和液晶显示模块、RC522模块组成，实现语音来控制各家电的运行。本系统控制信号的发射端，由语音识别芯片LD3320识别人的语音指令，经过32位微控制器处理，发出相应的控制命令，由NRF2401发送控制信号控制照明系统，由红外通信电视、空调等红外光家电，RC522模块来识别

2、IC卡来作为门禁系统。关键词：物联网 智能家居 语音识别 通信 ABSTRACTIntelligent Home Furnishing through the Internet of things technology to various devices in the home (such as audio and video equipment, lighting system, air conditioning control, security system etc.) together, providing home appliance control, lighting contr

3、ol, burglar alarm, infrared transmitting and can be a variety of programming time control functions and means. This system uses 32位微控制器F103ZET6 as the microprocessor, a speech recognition part, a NRF24L01 wireless communication module, infrared communication part and a liquid crystal display module,

4、 RC522 module, voice to control the household appliances operation.本系统控制信号的发射端，由语音识别芯片LD3320识别人的语音指令，经过STM32处理，发出相应的控制命令，由NRF2401发送控制信号控制照明系统，由红外通信电视、空调等红外光家电，RC522模块来识别IC卡来作为门禁系统。The transmitter signal control of the system, the speech recognition chip LD3320 recognize voice commands, after 32bit M

5、CU treatment, sends out the corresponding control command, control by the NRF2401 to send signals to control the lighting system, the infrared communication, infrared TV air conditioning appliances, RC522 module to identify as IC card entrance guard system.keywords: The Internet of things Smart Home

6、 32 bit MCU voice recognition Communication目录1 概述11.1 立项依据11.2 课题研究的目的和意义11.3 国内外研究状况21.4 拟解决的主要问题32 方案的确定42.1 设计方案论证42.2 工作原理42.3 功能模块简介52.3.1 红外通信模块：NEC协议52.3.2 无线通信模块：NRF24L0162.3.3 语音识别模块：LD332062.3.4 存储模块82.3.5 LCD屏显示模块82.3.6 射频识别模块93 硬件设计103.1总体硬件电路设计103.2各模块硬件设计103.2.1 主控模块103.2.2 NRF24L01无线通

7、信模块113.2.3 LD3320123.2.4 HS0038153.2.5 液晶显示模块163.2.6 射频识别模块173.2.7 SD卡模块184 软件设计194.1设计思想194.2程序流程图215 系统调试225.1 开发工具的简介225.2 硬件平台的简介245.3 系统测试256 课题总结287总结与展望321 概述1.1 立项依据随着社会经济的快速发展，公民的生活水平也在不断提高，对于生活用品，尤其是家用电器提出了更高的要求。以往的半自动甚至于全自动家电越来越不能满足需要，因为现如今的家用电器要面临更多的要求，比如更复杂的工作环境，更高级的功能实现，于是对于智能家电的呼声越来越高

8、，家电行业也注意到了这一发展态势，纷纷在智能家电这个课题上开展了各种类型的研究。1.2 课题研究的目的和意义智能家居经过一直以来的发展，目前在传感器和微控制器技术上已经日渐成熟，子系统的稳定性和扩展性已经完全能够满足日常的需要。但是随着技术的不断进步，智能家居的发展不会仅仅停留在子系统这种独立和一维的水平上，体现在发展趋势上就是网络化和人机交互的进一步优化，也就是建立更加友好和易用的人机交互界面。本课题就围绕网络化（物联网）与人机界面（语音识别）两个方面进行了深入研究。网络化方面，本设计采用了不同种类的通信方式，实现了传感器与微控制器之间以及子系统之间的互通互联、信息交流，在物联网中，通信方式

9、并没有好坏之分，不同的通信方式有着不同的特性，故有不同的适用场合，比如红外通信的结构简单，指向性强，抗干扰能力强，但是作用距离短，NRF24L01的作用距离相对远，但是指向性弱，容易被其他类似频段的无线通信信号所干扰，硬件设计相对复杂，所以只有最适合当下通信要求的方式才是最佳方案，不同的通信方式的集成虽然会增加系统的复杂度，但是对于提升系统的运行效率以及环境适应能力具有明显的作用。当下的智能家居交互界面多通过显示方式实现，也就是光、电方式。虽然界面直观，也可以进行触摸等人类自然操作，但是距离人的最常用的交流方式语音，还有很大差距。语音包含信息丰富，展示方式直接，是最接近人的自然交流方式，在所有

10、方式中，是理论上存在交流障碍最少的，也是最直接的。随着语音识别技术的逐渐深入和成熟，语音交互界面（VII）逐渐成为HMI（人机交互界面）研究的新热点。语音交互界面与其他交互方式的结合，不仅可以在个方式之间取长补短，同时可以提高信息的准确性，降低使用难度，尤其是提高对于残障人士或是老年人、幼儿的友好程度，降低了系统的使用门槛，提高了系统对于不同年龄段的人的适应能力。语音识别输入，语音助手等现实应用的成功推广，标志着语音识别引擎已经日趋成熟，降低了在简单系统里实现语音采集和识别的难度，使得智能家居人机交互界面的语音化正在逐步成为现实，真正服务于千家万户。本课题采用建立实物模型的方式，主要对以上两个

11、问题进行研究，以期探索两者在智能家居领域进行结合，并最终协调工作，实现网络化和人机界面语音话的可行性，以及在日常生活中的易用性。为以后相关产品的设计提供有效的对照与参考。1.3 国内外研究状况1984年，第一幢智能建筑在美国出现，而后，欧美以及东亚的经济发达的国家先后提出了智能家居的方案。在美国、西欧以及东亚的发达国家内，智能家居得到了广泛应用，在制定国际智能家居产业标准，以及探索智能家居服务模型中起到了非常重要的作用。1998年，微软提出“维纳斯计划”，在这之后，智能家居的相关行业都在积极推动这个产业的发展。但是严格地说，目前的智能家居的发展水平仅处于初级阶段。面对智能家居带来的巨大市场，C

12、isco、Intel、Motorola、国际商业机器有限公司、韩国乐金等国际大公司都加入到这个领域，研发智能家居系统。在许多发达国家，智能家居产业已经取得了巨大的发展和进步，但由于不同国家之间，在经济水平和消费观念上存在差异，所以对智能家居的各种要求与期望也都不同。在美国，智能家居的推广是凭借数字家庭和数字技术改造的契机，目标是追求舒适，注重享受，但与此同时消耗了巨大的能源，没有符合当下低碳环保、高效节能的理念。而智能家居在日本，更看重用户的实际体验，更多地采用新工艺、实践新技术的同时，也充分利用网络化、IT技术、AI技术，并兼顾环保节能的理念。在德国的智能家居，则主要追求专利功能上的开发，更

13、多的注重系统的功能性。韩国支持并且在政策上鼓励智能小区和智能家居的开发与建设，目前韩国国内80%以上的新建居住项目在设计上均采用智能家居系统或智能家居的理念。相比之下，国内对智能家居系统的研究与应用起步较晚。在2000年左右，智能家居的概念才逐步进入国人视野，之后有一部分厂家开始试水智能家居的开发和应用。后来在2003年到2010年，国内自主研发的智能家居产品和服务逐步应用于市场，如今的市场已经初具规模。在国内经济的快速发展以及居民生活水平的持续提高的同时，国内从事智能家居相关产业的厂家也在不断增加，但是总体上可以分为三类：一是针对居住和工作环境进行设计的厂家，这类厂商主要在自动报警、安监、环

14、监等领域进行设计；二是在家用电器上进行设计的厂家，它们本身多为家电的生产商，这类厂家将家用电器的设计标准化，并且以标准化平台作为基础来搭建智能家居的网络；第三类厂家专注于外围设备与元器件的生产与设计，通过配合前两类厂商，提供各类智能接口模块以及技术支持。虽然目前国内的智能家居控制系统产品很多，但是由于国内智能家居相关的行业标准以及技术标准一直未能统一，在某种程度上制约了国内智能家居行业的进一步发展。除了上面的原因，人机界面不友好、售后体验差、价格过高等因素也制约了国内智能家居行业进一步发展。1.4 拟解决的主要问题本小组基于物联网技术的智能车位管理系统主要解决以下问题：1) 32位微控制器F1

15、03ZET6芯片的主控程序的编写，要求在完成主控任务之外，运行高效稳定。2) 语音模块、无线通信芯片等在32位微控制器F103ZET6的控制下的驱动程序的编写，要求能稳定与主控芯片进行通信的同时，能稳定地进行语音识别，并将信息存储到SD卡中。3) 对语音识别流程的调试和优化，即对语音交互界面的界面进行优化和改进，提高识别准确率的同时，使得界面明确、易用。292 方案的确定2.1 设计方案论证一、 开发板的选择STM32微控制器：该开发板是32位单片机，具有大量引脚可外接大量外设，功能强大；时钟最高可达72MHz，运行速度快；功耗小，易于安装；C语言编程操作简单。缺点价格较高。MCS-51：该开

16、发板是8位单片机，体积小易于携带，功耗低；价格低廉使用范围广；C语言编程操作简单。其缺点是管脚太少，若外挂模块则容易发生混乱。在经过讨论后本课题小组决定使用32位微控制器STM32F103。选用32位微控制器，首先确保智能家居系统的稳定运行，以及各无线模块的稳定通讯；再者物联网功能复杂需要外接大量外设，便于系统的开发；MCS-51因为性能限制正逐渐被淘汰，选用32位微控制器也大大延长了系统被淘汰的时间。本系统采用32位微控制器开发板作为总控平台，以物联网技术作为系统支撑，语音识别和NRF24L01模块作为信息交换的通道。通过各个模块之间的信息交互与数据判断来执行各种指令，实现对家电的控制。2.

17、2 工作原理在本系统中，采用两块32位微控制器STM32F103作为控制总机。智能家居系统的接收端由语音识别芯片接收人发出的声音，进行识别，32位微控制器处理识别到的指令，发出相应的控制命令，经过NRF通信和红外通信发送到对应的接收端，来控制相应家电；LCD显示屏显示相应操作，直观展示所有功能。工程模型如下图2.1所示。图2.1系统模型框图2.3 功能模块简介2.3.1 红外通信模块：NEC协议红外遥控的编码目前广泛使用的是：NEC Protocol 的PWM(脉冲宽度调制)和 Philips RC-5 Protocol 的 PPM(脉冲位置调制)。本设计使用的是 NEC 协议，其特征如下：1

18、) 8 位地址和 8 位指令长度；2) 地址和命令 2 次传输（确保可靠性）3) PWM 脉冲位置调制，以发射红外载波的占空比代表“0”和“1”；4) 载波频率为 38Khz；5) 位时间为 1.125ms 或 2.25ms；NEC 码的位定义：一个脉冲对应 560us 的连续载波，一个逻辑 1 传输需要 2.25ms（560us脉冲+1680us 低电平），一个逻辑 0 的传输需要 1.125ms（560us 脉冲+560us 低电平）。而红外接收头在收到脉冲的时候为低电平，在没有脉冲的时候为高电平，这样，我们在接收头端收到的信号为：逻辑 1 应该是 560us 低+1680us 高，逻辑

19、0 应该是 560us 低+560us 高。NEC 遥控指令的数据格式为：同步码头、地址码、地址反码、控制码、控制反码。同步码由一个 9ms 的低电平和一个 4.5ms 的高电平组成，地址码、地址反码、控制码、控制反码均是8 位数据格式。按照低位在前，高位在后的顺序发送。采用反码是为了增加传输的可靠性（可用于校验）。2.3.2 无线通信模块：NRF24L01NRF24L01无线模块，采用的芯片是NRF24L01，该芯片的主要特点如下：1) 2.4G全球开放的ISM频段，免许可证使用。2) 最高工作速率2Mbps，高校的GFSK调制，抗干扰能力强。3) 125个可选的频道，满足多点通信和调频通信

20、的需要。4) 内置CRC检错和点对多点的通信地址控制。5) 低工作电压（1.93.6V）。6) 可设置自动应答，确保数据可靠传输。该芯片通过SPI与外部MCU通信，最大的SPI速度可以达到10Mhz。本章我们用到的模块是深圳云佳科技生产的NRF24L01，该模块已经被很多公司大量使用，成熟度和稳定性都是相当不错的。相比于普通的无线点信号，NRF24L01的优势在于2.4GHz的频段不仅数据量大，而且数据传输稳定，传输距离也比较远，通过调整发射功率，可与普通家用无线路由器的信号覆盖范围相当，真正实现在家用环境下的信号无缝覆盖。模块的主要任务是在系统中传递语音识别的结果。2.3.3 语音识别模块：

21、LD3320LD3320是一颗基于非特定人语音识别（SI-ASR：Speaker-Independent Automatic Speech Recognition）技术的语音识别/声控芯片。提供了真正的单芯片语音识别解决方案。LD3320芯片上集成了高精度的A/D和D/A接口，不再需要外接辅助的Flash和RAM，即可以实现语音识别/声控/人机对话功能。并且，识别的关键词语列表是可以动态编辑的。基于LD3320，可以在任何的电子产品中，甚至包括最简单的51单片机作为主控芯片的系统中，轻松实现语音识别/声控/人机对话功能。为所有的电子产品增加VUI（Voice User Interface）语音

22、用户操作界面。语音识别ASR技术，是基于关键词语列表识别的技术。只需要设定好要识别的关键词语列表，并把这些关键词语以字符的形式传送到LD3320内部，就可以对用户说出的关键词语进行识别。不需要用户作任何地录音训练。ASR技术最重要的现实意义就在于提供了一种脱离按键，键盘，鼠标的基于语音的用户界面VUI：Voice User Interface。使得用户对于产品的操作更快速，更自然。基于领先的语音识别核心引擎，经过在各大主流手机产品中三年来超过一千万份的量产检验，LD3320提供了可以真正实用的语音识别/声控功能。ASR技术是基于关键词语列表识别的技术。每次识别的过程，就是把用户说出的语音内容，

23、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。比如在手机的应用中，这个关键词语列表的内容就是电话本中的人名、手机的菜单命令、TF卡中的歌曲名字。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。LD3320可以识别列表中的关键词，用户说的语音可以是这个列表中任意的关键词语，而且不需要用户在识别前进行任何训练。模块提供了语音识别功能，同时也提供了本系统的语音交互界面。综上所述，LD3320的主要特征有：w 通过ICRoute公司特有的快速而稳定的优化算法，完成非特定人语音识别。不需要用户事

24、先训练和录音，识别准确率95%。w 不需要外接任何辅助的Flash芯片，RAM芯片和AD芯片，就可以完成语音识别功能。真正提供了单芯片语音识别解决方案。w 识别句内容可以动态编辑修改, 因此可由一个系统支持多种场景。w 芯片内部已经准备了16位A/D转换器、16位D/A转换器和功放电路，麦克风、立体声耳机和单声道喇叭可以很方便地和芯片管脚连接，能产生清晰响亮的声音。w 支持并行和串行（SPI）接口，串行方式可以简化与其他模块的连接。w 可设置为休眠状态，而且可以方便地激活，节能。w 支持MP3播放功能，无需外围辅助器件。w 工作供电为3.3V，如果用于便携式系统，使用3节AA电池就可以满足供电

25、需要。2.3.4 存储模块本课题中的存储模块是指挂载于开发板上的SD卡存储器，SD卡（Secure Digital Memory Card）中文翻译为安全数码卡，它是在MMC的基础上发展而来，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，它被广泛地于便携式装置上使用，例如数码相机、多媒体播放器等。SD卡由日本松下、东芝及美国SanDisk公司于1999年8月共同开发研制。大小犹如一张邮票的SD记忆卡，重量只有2克，但却拥有高记忆容量、快速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性。SD 卡一般支持2种操作模式：1) SD卡模式（通过SDIO通信）；2) SPI模式；主机可以选择以上任意一种模式

26、同SD卡通信，SD卡模式允许4线的高速数据传输。SPI模式允许简单的通过SPI接口来和SD卡通信，这种模式同SD卡模式相比就是丧失了速度。存储模块在本系统中的作用为记录语音识别后产生的识别结果，用户可以直接在生成的文本文件中查看记录。2.3.5 LCD屏显示模块 LCD屏显示模块除了由明显的触摸屏本身组成之外，还有一个负责驱动显示的驱动芯片，本设计中采用的是ILI9341（屏幕）与XPT2046（驱动芯片）的组合。我们一般液晶所用的触摸屏，最多的就是电阻式触摸屏了（多点触摸属于电容式触摸屏，比如几乎所有智能机都支持多点触摸，它们所用的屏就是电容式的触摸屏）本课题中使用的是电阻式触摸屏，下面简单

27、介绍下电阻式触摸屏的原理。电阻式触摸屏利用压力感应进行控制。电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透明氧化金属（透明的导电电阻）导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层、它的内表面也涂有一层涂层、在他们之间有许多细小的（小于 1/1000 英寸）的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。当手指触摸屏幕时， 两层导电层在触摸点位置就有了接触，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后送触摸屏控制器。控制器侦测到这一接触并计算出（X，Y）的位置，再根据获得的位置模拟鼠标的方式运作。这就是电阻技术触

28、摸屏的最基本的原理。本设计的触摸屏模块自带的触摸屏控制芯片为XPT2046。XPT2046 是一款4导线制触摸屏控制器，内含12位分辨率125KHz转换速率逐步逼近型A/D转换器。XPT2046 支持从1.5V到5.25V的低电压I/O接口。XPT2046 能通过执行两次A/D转换查出被按的屏幕位置，除此之外，还可以测量加在触摸屏上的压力。内部自带2.5V参考电压可以作为辅助输入、温度测量和电池监测模式之用，电池监测的电压范围可以从0V到6V。XPT2046 片内集成有一个温度传感器。触摸屏模块通过显示与触摸，提供除了语音交互之外的输出与输入方式，方便在不同情况下查看系统工作状态以及对系统输入

29、指令，增强系统的灵活性。2.3.6 射频识别模块MF RC522是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成度的读写卡芯片，是NXP公司针对“三表”应用推出的一款低电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片，是智能仪表和便携式手持设备研发的较好选择。 MF RC522利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。支持14443A兼容应答器信号。数字部分处理ISO14443A帧和错误检测。此外，还支持快速CRYPTO1加密算法，用语验证MIFARE系列产品。MFRC522支持MIFARE系列更高速的非接触式通信，双向数据传输速率高达424kbit/

30、s。 作为13.56MHz高集成度读写卡系列芯片家族的新成员，MF RC522与MF RC500和MF RC530有不少相似之处，同时也具备许多特点和差异。它与主机间通信采用SPI模式，有利于减少连线，缩小PCB板体积，降低成本。3 硬件设计3.1总体硬件电路设计本系统硬件部分主要由微处理器模块、语音识别模块、NRF通信模块、红外通信模块以及液晶显示模块组成。人发出的声音命令由语音识别模块进行识别，经过32位微控制器微处理器处理后发出相应的控制指令，并存到SD卡，通过NRF通信和红外通信发射信号，接收端接收到控制信号后作出相应动作，并由液晶屏界面直观显示出来，总体电路示意图如图3.1所示。图

31、3.1 系统总体电路示意图3.2各模块硬件设计3.2.1 主控模块主控模块的电路图如图所示：图3.2 32位微控制器F103ZET6电路图（包含晶振）图3.3 32位微控制器F103ZET6复位及启动选择管脚3.2.2 NRF24L01无线通信模块本课题使用的NRF24L01模块的硬件电路设计如图所示（主控模块预留了NRF24L01的专用排针接口）：图3.4 无线通信模块电路图3.2.3 LD3320本课题采用的是ICRoute公司生产的M-LD3320语音识别模块，本模块的硬件主电路设计如图所示：图 3.5 语音识别模块实物图图 3.6 M-LD3320模块示意图图3.7 LD3320模块电

32、路图图3.8 LD3320模块晶振以及电源部分电路图图 3.9 LD3320引脚示意图图 3.10 L3320内部逻辑电路示意图3.2.4 HS0038本课题中HS0038的硬件电路设计如图所示（HS0038位于主控模块上）：图3.11 HS0038电路图3.2.5 液晶显示模块本设计的触摸显示模块中采用的ILI9341（屏幕）与XPT2046（驱动芯片）的硬件电路如图所示：图3.12 显示屏模块电路图图3.13 XPT2046管脚定义图3.2.6 射频识别模块图3.14 射频识别模块电路图 3.2.7 SD卡模块图3.15 SD卡模块电路图4 软件设计4.1设计思想本课题中的系统主要涉及语音

33、识别、无线通信、触摸显示以及红外通信，所以程序应该围绕这四个功能展开，首先这几个模块在硬件上与主控芯片兼容，故可以按照定义直接连接，在编写程序时应该注意避开管脚上的冲突。从每个模块的硬件特征上分析，每个模块中的芯片均为针对其特定功能所设计，故每个芯片在被正确设置、正常供电的情况下，可以稳定的工作，主控芯片只负责协调各个模块之间工作而不负责具体的功能，所以程序的设计重点应该在于保证主控与模块芯片之间的通信稳定高效，具体到软件上就体现为，基于32位微控制器平台的各模块芯片的驱动程序的编写。因此，为了提高程序运行的稳定性，并且使程序易于维护，应该将每个模块的驱动程序设计为单独的程序块，这样不仅能方便

34、、独立地调试每个模块的工作，而且使开发和维护人员能很轻松地对系统的功能进行扩展，通过增加不同程序的专用程序块，将对应模块的驱动程序进行独立封装，即可以做到类似于“即插即用”的效果。将每个模块的功能被写成单独的循环主函数，主循环中依次调用这些模块主函数，因为主控芯片运行速度快，调用函数代码简单，所以用户不会察觉出这些功能函数之间切换产生的空白时间。如此将各个功能条理地组合起来，成为一个实际的系统。在编写各个子模块的驱动程序时，应该围绕每个子模块支持的通信协议来展开，当子模块支持多种通信协议时，应该力求难度最小，硬件电路最简单，并且最稳定的那一种，尤其是与主控芯片兼容的时候。譬如LD3320芯片同

35、时支持SPI与并口两种通信方式，而32位微控制器F103ZET6芯片本身就支持SPI方式，如此一来，采用SPI通信方式，可以直接调用原厂提供的硬件代码，通过简单的二次开发即可得到实用的驱动程序。虽然并口的传输速度快，但是其涉及大量管脚，比较占用硬件管脚资源，接线复杂，时序相对SPI复杂许多，通过软件模拟并口时序需要花费很长的时间才能调试到最佳稳定状态，期间还有可能需要调用其他的软件资源，而且对于语音识别而言SPI的通信速度已经足够，所以得不偿失。通过有效利用32位微控制器强大的硬件平台所提供的资源，可以大大节省在驱动程序、通信协议上编写代码的时间和难度，并且运行效果好。为了提高代码的可读性，程

36、序编写时应主要采用调用固件库的方式进行，这样无论是调试还是维护，都能降低难度，缩短时间，而无需再去专门查阅32位微控制器繁复的寄存器手册，同时也有助于降低因地址或数据输入错误导致的命令出错。系统的工作流程图如图4.1所示：图4.1 系统工作流程图4.2程序流程图程序的流程如图4.2所示，从流程图中可以明显看出，主控芯片不参与具体的功能实现，而起到一个控制和协调的作用，所以这种方案属于32位微控制器芯片作为主控MCU的典型应用。 图4.2 系统程序流程图 系统调试5 系统调试5.1 开发工具的简介2009年2月发布Keil Vision4，Keil Vision4引入灵活的窗口管理系统，使开发人

37、员能够使用多台监视器，并提供了视觉上的表面对窗口位置的完全控制的任何地方。新的用户界面可以更好地利用屏幕空间和更有效地组织多个窗口，提供一个整洁，高效的环境来开发应用程序。新版本支持更多最新的ARM芯片，还添加了一些其他新功能。 2011年3月ARM公司发布最新集成开发环境RealView MDK，开发工具中集成了最新版本的Keil uVision4，其编译器、调试工具实现与ARM器件的最完美匹配。Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而

38、易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。J-Link：J-Link是SEGGER公司为支持仿真ARM内核芯片推出的JTAG仿真器。配合IAR EWAR，ADS，KEIL，WINARM，RealView等集成开发环境支持所有ARM7/ARM9/ARM11内核芯片的仿真，通过RDI接口和各集成开发环境无缝连接，操作方便、连接方便、简单易学，是学习开发ARM最好最实用的开发工具。图5.1 J-Link实物图 图5.2 KEIL Vison4 集成开发环境界面32位微控制器开发板是ARM 技术论坛开发的一款

39、基于32位微控制器F103VCT6 的开发板，面向企业和广大爱好者，开发板功能强大，外围资源齐全，例程丰富。在线功能：ARM技术论坛除了提供最新版本IDE的下载，还包含了32位微控制器社区论坛、最新示例项目代码的应用资源页、在线培训模块、工具大全以及知识库等内容，为32位微控制器平台提供了丰富的在线资源。5.2 硬件平台的简介32位微控制器F1系列属于中低端的32位ARM微控制器，该系列芯片是意法半导体（ST）公司出品，其内核是Cortex-M3。芯片集成定时器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART，等多种功能。其内核是ARM 32位的Cortex-M3，最高72MHz工作频率，在

40、存储器的0等待周期访问时可达1.25DMips/MHZ（DhrystONe2.1）。算法采用单周期乘法和硬件除法。其存储器为从32K到512K字节的闪存程序存储器（32位微控制器F103XXXX中的第二个X表示FLASH容量，其中：“4”=16K，“6”=32K，“8”=64K，B=128K，C=256K，D=384K，E=512K）。并含有最大64K字节的SRAM。使用2.0-3.6V供电和I/O引脚，内置上电/断电复位（POR/PDR）、可编程电压监测器（PVD）以及4-16MHZ晶振振荡器。内嵌经出厂调教的8MHz的RC振荡器和带校准的40KHz的RC振荡器；产生CPU时钟的PLL；带校

41、准的32KHz的RC振荡器。在低功耗要求方面有睡眠、停机和待机等低功耗模式，断电后Vbat为RTC和后备寄存器供电。内有2个12位模数转换器，转换时间为1us（多达16个输入通道），转换范围为03.6V。采用双采样和保持功能，并内置温度传感器。在数据传输方面内含2个DMA控制器，共12个DMA通道：DMA1有7个通道，DMA2有5个通道。可支持以下外设：定时器、ADC、SPI、USB、IIC和USART。开发板包含多达112个快速I/O端口(仅Z系列有超过100个引脚)，26/37/51/80/112个I/O口，所有I/O口一块映像到16个外部中断；几乎所有的端口均可容忍5V信号。此类开发板的

42、调试模式为串行单线调试（SWD)和JTAG接口，并含有多达8个定时器；3个16位定时器，每个定时器有多达4个用于输入捕获/输出比较/PWM或脉冲计数的通道和增量编码器输入。包含1个16位带死区控制和紧急刹车，用于电机控制的PWM高级控制定时器。另外还内置2个看门狗定时器（独立的和窗口型的）以及系统时间定时器：24位自减型计数器。除I/O口以外还集成了多达9个通信接口：2个I2C接口(支持SMBus/PMBus)；3个USART接口（支持ISO7816接口，LIN，IrDA接口和调制解调控制）；2个SPI接口(18M位/秒）；1个CAN接口（2.0B主动）；1个USB 2.0全速接口。5.3 系

43、统测试l 测试目的本系统是在32位微控制器的平台上开发的，扩展了一些硬件配置，最终设计完成 了“基于物联网与语音控制的家用电器系统”。为了使该系统能够正常运行，正常发挥它所具有的功能。现将进行一系列的功能测试，进而找到该系统的不足及需要进一步完善的部分，从而为该系统的功能够更加完善提供一个理论依据。使这个系统的功能够更加理想化、人性化。l 测试设备1) 配置好编译环境的PC机一台2) 32位微控制器ZET6微控制器模块两块3) 语音识别模块4) NRF24L01无限传输模块5) SD卡模块6) LED灯硬件电路7) TFT液晶屏l 测试内容1) 配置好编译环境的PC机一台打开编译环境，连接好硬

44、件以及JLINK，将程序进行编译链接后，看能否正常下载到板子中。2) 32位微控制器ZET6微控制器模块两块 先是检查开发板是否有硬件上的连接错误，然后下载检测程序，看能否正常的运行。3) 语音识别模块4) NRF24L01无限传输模块通过监测串口小助手的显示数据，得出nRF2401发送的无线信息准确可靠。并且能够发送有效的信息。5) SD卡模块通过SD卡测试程序，将预先要写入SD卡的数据写入其中，然后用读卡器连接到电脑上，看能否读出正常的数据。6) LED灯硬件电路将焊接好的LED灯电路连接到相应的高低电平，看能否正常指示。7) TFT液晶屏将显示程序下载到板子中看能否正常的显示。8) 总体

45、测试将系统的各硬件设备连接起来，检查系统有无电路错误，避免出现短路、断路等情况。然后检查各模块与开发板相连的引脚是否有问题。查看手册确定传感器的输出电压等级，与开发板相应引脚是否匹配，避免烧毁开发板。最后下载程序确定系统设备能否正常运行。5.4 课题总结物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。 如何建立一个高效率、低成本、使用方便的基于物联网和语音控制的智能家居系统成为本课题的主要研究目标。图5.3 智能家具示意图本项目是基于物联网的语音控制家用电器系统，主要通过语音对家用电器进行智能控制。1）灯光控制图5.4 灯光控制示意图系统通过对用户的语音信号进行智能处理后，控制室内

46、的客厅卧室等相应的灯的关断。方便用户的使用，提高用户的体验度。2） 电视的控制 用户根据自己的意愿，通过语音打开电视关闭电视，并且根据语音调换电视节目，极大的便利了用户生活，可以让用户在做其他事情的同时，看自己喜欢的电视台。 图5.5电视控制图一 图5.6电视控制图二本项目还通过射频功能，对出入门进行的人员进行了智能识别。持有属于家庭内部成员的身份卡的人员，将会被放行进入防盗门，若持有错误身份卡的人员则不会被放行进入。 门禁控制功能图一 门禁控制功能图二本项目是基于物联网的语音控制家用电器系统，可以通过语音实现对照明设备的开关，电视机、微波炉的开关、音量、选台、定时等操作，也可以对冰箱、空调等白色家电实现远程温度的智能化控制。用户通过语音方便快捷的实现对家用电器的控制。该项目为人们提供了一个以人为本的舒适、便捷、高效、安全的生活环境。 总结与展望7总结与展望本小组做了如下的工作：查阅相关资料，制定详细全面的计划；物联网的学习，进行使用软件开发平台的选择，安装和配置，并熟悉和学习相关的编程语言；语音信号的采集、播放与SD卡存储；对家电进行分类，建立被控对象家电模型，实现对家电控制；进行模