基于stm32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(yǔ)音識(shí)別技術(shù)和GSMG信技術(shù)為基礎(chǔ),完成控制臺(tái)、手持設(shè)備及門(mén)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(chēng)智能住宅)是以住宅為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(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(lái)，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(lái)家居生活的發(fā)展方向。因此在實(shí)現(xiàn)智能控制的同時(shí)，研制一個(gè)成本低、

2、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(yǔ)音識(shí)別、GSM通信等技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信、串口通信對(duì)系統(tǒng)各部分進(jìn)行串聯(lián)，用戶(hù)可通過(guò)門(mén)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(yǔ)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-C5A60S2散處理器系統(tǒng)中手持設(shè)備的微處理器選用STM32F

3、103VET6總控制臺(tái)及門(mén)禁密碼鎖部分選用STC12C5A60S2STM32F103VET6S于ARMCortexM332bit的RISC內(nèi)核，工作頻率最高可達(dá)72MHz,內(nèi)置高速存儲(chǔ)器(64KB的閃存和20KB的SRAM),豐富的增強(qiáng)I/O端口和連接2條APB總線(xiàn)的外設(shè)。STC12C5A60S21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(zhuān)用復(fù)位電路、2路PWM8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換。語(yǔ)音識(shí)別芯片LD3320LD3320芯片是一款語(yǔ)音識(shí)別專(zhuān)用芯片。該芯片集成了語(yǔ)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

4、接口等?？梢詫?shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別、聲控及人機(jī)對(duì)話(huà)功能，并且可以任意動(dòng)態(tài)編輯、識(shí)別關(guān)鍵詞語(yǔ)列表。GSM模塊TC35TC35是一款雙頻900MHz、1800MHz高度集成的GSM莫塊，具有性能穩(wěn)定，功耗低及易于集成的特點(diǎn)。(4)無(wú)線(xiàn)模塊nRF24L01nRF24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件,工作于2.4GHz2.5GHzISM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ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過(guò)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8bit、16bit總線(xiàn)接口，模擬I/O控制，彩屏模塊上配置ADS784

5、3觸摸控制器，支持一個(gè)SD卡(SPI方式)，支持一個(gè)SPI的DATAFlash,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(mén)禁密碼鎖3個(gè)部分?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1所示。M-總控制白顯示模塊無(wú)線(xiàn)模塊無(wú)線(xiàn)模塊二微處理器 門(mén)禁梆碼鎖I制處理器電器處理K能家居系統(tǒng)的總件弊得雷"口!”該系統(tǒng)通過(guò)微處理器完成整體的控制功能，利用無(wú)線(xiàn)通信及串口通信對(duì)系統(tǒng)各部分進(jìn)行串聯(lián)。通過(guò)門(mén)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(hù)外控制；利用手持設(shè)備實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)任意地點(diǎn)的實(shí)時(shí)控制；通過(guò)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

6、份驗(yàn)證門(mén)禁密碼鎖通過(guò)串口完成與控制臺(tái)的通信，設(shè)定密碼存入STC12C5A60S常片機(jī)EEPROM,TF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(yǔ)音控制語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)語(yǔ)音設(shè)備輸入，STM32F103VET6I片機(jī)通過(guò)SPI總線(xiàn)接收。單片機(jī)處理后通過(guò)SPI傳輸指令至nRF24L01無(wú)線(xiàn)模塊。無(wú)線(xiàn)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(guò)轉(zhuǎn)換后通過(guò)串行總線(xiàn)傳輸至STM32F103VET6L片機(jī)接受處理。(4)短信控制GSM真塊接收短信，經(jīng)STC12C5A60S常片機(jī)讀取后，通過(guò)串口傳輸發(fā)送指

7、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。STC12C5A60S印片機(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(yǔ)言編寫(xiě)。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(mén)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(wú)線(xiàn)通信子程序、語(yǔ)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所示?？偪刂婆_(tái)的軟件控制流程如圖3所示。門(mén)禁密碼鎖的人機(jī)界面軟件控制流程如圖4所示。系統(tǒng)初始化人孔界面弋=>nKF24ini南/寫(xiě)事口讀，看按繼映射圖3主控制介軟件控制點(diǎn)洋添呂力3.1語(yǔ)言

8、模塊軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)音識(shí)別是本系統(tǒng)的重要功能之一。語(yǔ)音識(shí)別程序的設(shè)計(jì)，參考了LD332X開(kāi)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(huà)的漢語(yǔ)拼音(小寫(xiě))，每?jī)蓚€(gè)字(漢語(yǔ)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(00HHFFH。LD3320最多支持50個(gè)識(shí)別條目。(3)開(kāi)始識(shí)別設(shè)置相關(guān)的寄存器，開(kāi)始語(yǔ)音識(shí)別。在LD3320芯片正式開(kāi)始識(shí)別之前設(shè)置當(dāng)

9、前狀態(tài)(例如：LD_ASR_RUNINGS或者LD_ASR_FOUNDOKO。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00HH7FH本系統(tǒng)采用40HH6FH的設(shè)定值。設(shè)定值過(guò)大容易造成識(shí)別啟動(dòng)過(guò)于敏感，產(chǎn)生誤識(shí)別；設(shè)定值過(guò)小則需要近距離說(shuō)話(huà)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(guò)t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， 獲取最正確答案的對(duì)應(yīng)編碼。圖4 n禁系統(tǒng)人機(jī)不曲軟忑微簫流程腳按w映射3.2無(wú)線(xiàn)模塊軟件設(shè)計(jì)nRF24L01無(wú)線(xiàn)傳輸程序的設(shè)計(jì)采用增強(qiáng)型的 ShockBurstTM模式下

10、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(wú)數(shù)據(jù)丟失。一旦數(shù)據(jù)丟失， 則通過(guò)重新發(fā)送功能恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)。(結(jié)束)發(fā)射數(shù)據(jù)：設(shè)置nRF24L01為發(fā)射模式；將地址TX_ADD序口數(shù)據(jù)TX_PID按照時(shí)序由SPI 口寫(xiě)入nRF24L01緩存區(qū)，TX_PLD在CSN為低時(shí)連續(xù)寫(xiě)入，TX_ADD注發(fā)射時(shí)寫(xiě)入一 次；CE置為高電平并盛彳寺10仙s ,延遲130 2 后發(fā)身菽據(jù)；開(kāi)啟自動(dòng)應(yīng)答,nRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)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，人機(jī)界面 <=>系統(tǒng)初始化GSM闋寫(xiě)則認(rèn)為此次通信成功，TX_DS置高，消除TX_PIQ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心后進(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)。3.3GSM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(guò)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(chǎng)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STM3