基于stm32的智能家居設(shè)計(jì)原理(版)

..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)以語音識別技術(shù)和GSM

通信技術(shù)為基礎(chǔ),完成控制臺、手持設(shè)備及門禁密碼鎖之間的通信,實(shí)現(xiàn)對室內(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,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)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)以語音識別、GSM通信等技術(shù)為基礎(chǔ),通過無線通信、串口通信對系統(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)硬件平臺建立智能家居控制系統(tǒng),硬件是關(guān)鍵和基礎(chǔ),它對整個(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,總控制臺及門禁密碼鎖部分選用STC12C5ASTM32F103VET6基于ARM

CortexM332bit的RISC內(nèi)核,工作頻率最高可達(dá)72MHz,內(nèi)置高速存儲器<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>語音識別芯片LD3320LD3320芯片是一款語音識別專用芯片。該芯片集成了語音識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?？梢詫?shí)現(xiàn)語音識別、聲控及人機(jī)對話功能,并且可以任意動(dòng)態(tài)編輯、識別關(guān)鍵詞語列表。<3>GSM模塊TC35TC35是一款雙頻900MHz、1800MHz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2.4GHz～2.5GHzISM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、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?！?身份驗(yàn)證門禁密碼鎖通過串口完成與控制臺的通信,設(shè)定密碼存入STC12C5A〔2語音控制語音信號通過語音設(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,總控制臺接收處理信息,完成相應(yīng)的控制步驟?！?TFT觸摸屏控制觸摸屏操作產(chǎn)生電平信號,經(jīng)過轉(zhuǎn)換后通過串行總線傳輸至STM32F103VET6單片機(jī)接受處理?！?短信控制GSM模塊接收短信,經(jīng)STC12C5A〔5總控制臺操作控制TFT觸摸屏顯示人機(jī)界面。STC12C5A3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_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)語音識別是本系統(tǒng)的重要功能之一。語音識別程序的設(shè)計(jì),參考了LD332X開發(fā)手冊,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?！?建立識別列表識別列表在LD3320中建立,規(guī)則是每個(gè)識別條目為標(biāo)準(zhǔn)普通話的漢語拼音〔小寫,每兩個(gè)字〔漢語拼音之間用一個(gè)空格間隔。每個(gè)識別條目對應(yīng)一個(gè)特定的編號〔1個(gè)字節(jié),不同的識別條目的編號可以相同,且不用連續(xù),但數(shù)值要小于256〔00H～FFH。LD3320最多支持50個(gè)識別條目?！?開始識別設(shè)置相關(guān)的寄存器,開始語音識別。在LD3320芯片正式開始識別之前設(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00H～7FH。本系統(tǒng)采用40H～6FH的設(shè)定值。設(shè)定值過大容易造成識別啟動(dòng)過于敏感,產(chǎn)生誤識別；設(shè)定值過小則需要近距離說話才能啟動(dòng)識別功能?！?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。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個(gè)數(shù)；讀取C5寄存器里的值,獲取最正確答案的對應(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,以便于發(fā)送方檢測有無數(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10μs,延遲130μs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)后立即進(jìn)入接收模式,接收應(yīng)答信號。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130μs后進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測到有效數(shù)據(jù)時(shí),存儲數(shù)據(jù)包,同時(shí)進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號。3.3GSM模塊軟件設(shè)計(jì)TC35模塊采用AT賀氏指令。單片機(jī)可以通過正確的AT指令對TC35模塊進(jìn)行初始化和短消息的接收發(fā)