基于語(yǔ)音控制的智能家電課件

指導(dǎo)教師：鹿浩基于語(yǔ)音控制的智能家電2011級(jí)電路與系統(tǒng)學(xué)生：張芳玲

學(xué)號(hào)：1130701020

1130701021背景

智能家居是IT技術(shù)(特別是計(jì)算機(jī)技術(shù))、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)向傳統(tǒng)家電產(chǎn)業(yè)滲透發(fā)展的必然結(jié)果。近年來(lái)信息化的高度發(fā)展，通信的自由化與高層次化，業(yè)務(wù)量的急速增加與人類對(duì)居住環(huán)境的節(jié)能性、安全性、舒適性、效率性要求的提高，造成家居智能化的需求大為增加。系統(tǒng)的背景及意義意義

家庭智能化系統(tǒng)為用戶提供集中或者異地的監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的協(xié)調(diào)。與普通家電相比，智能家電不僅具有傳統(tǒng)的家電功能，還能根據(jù)人們的語(yǔ)音指揮，由原來(lái)的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兄鲃?dòng)識(shí)別語(yǔ)音執(zhí)行的智慧工具，讓家居生活更加舒適、安全、有效，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安全性、舒適性。系統(tǒng)的背景及意義系統(tǒng)需求分析

隨著科技的發(fā)展，越來(lái)越多的智能家居產(chǎn)品進(jìn)入人們的家庭，如何對(duì)它們進(jìn)行簡(jiǎn)單、有效的控制是擺在人們面前的一個(gè)難題。另一方面，人們渴望用電話在需要時(shí)遠(yuǎn)程控制各種家電以方便生活之需。目前，針對(duì)智能家居的遠(yuǎn)程控制往往采用類似于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分層體系結(jié)構(gòu)，成本較高。由于家電控制網(wǎng)絡(luò)傳送的信息量是很少的，不必像計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)那樣進(jìn)行分層設(shè)計(jì)，故結(jié)合語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)、ＰＳＴＮ等實(shí)現(xiàn)了智能家居的本地及遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)及實(shí)現(xiàn)功能

基于對(duì)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用的學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)一個(gè)語(yǔ)音控制的智能家電系統(tǒng)。利用麥克風(fēng)和電話機(jī)等終端結(jié)合藍(lán)牙等無(wú)線通信技術(shù)，對(duì)電視機(jī)、熱水器、電冰箱、空調(diào)等家用電器進(jìn)行本地控制和遠(yuǎn)程控制。通過(guò)中央處理器采集家庭內(nèi)部電器的工作狀態(tài)以方便用戶進(jìn)行控制，提高電器的管理應(yīng)用效率，節(jié)約家用能源的開(kāi)支。設(shè)計(jì)中需要解決的問(wèn)題家電互連問(wèn)題采用何種技術(shù)使不同家電之間能夠互相識(shí)別，協(xié)同工作；家電網(wǎng)絡(luò)的控制問(wèn)題

如何實(shí)現(xiàn)家電網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)音控制；如何通過(guò)移動(dòng)通信設(shè)備對(duì)家電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制硬件設(shè)計(jì)----總體框圖

整個(gè)智能家電控制系統(tǒng)硬件框圖如下圖所示，F(xiàn)lash用于靜態(tài)存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)核鏡像、根文件系統(tǒng)等數(shù)據(jù)；SDRAM可以作為系統(tǒng)運(yùn)行的內(nèi)存設(shè)備；藍(lán)牙設(shè)備通過(guò)RS232串口連接到核心板上；PSTN模塊通過(guò)IIS連接到ARM芯片上。JTAG是程序調(diào)試接口；藍(lán)牙模塊負(fù)責(zé)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建于信息交互。S3C2410SDRAMFLASHJTACRS232IIS藍(lán)牙主模塊PSTN模塊人機(jī)接口麥克風(fēng)輸入語(yǔ)言預(yù)處理硬件設(shè)計(jì)----處理器選擇

主控制器選擇ARMS3C2410芯片ARM處理器具有體積小、低功耗、低成本和高性能等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足本系統(tǒng)所要完成的功能。本方案選擇基于ARM920T內(nèi)核的32位嵌入式微處理器S3C2410。該芯片本身集成了包括存儲(chǔ)器接口、通信接口(USB、RS232)、A/D、JTAG等在內(nèi)的豐富的硬件資源，可簡(jiǎn)化外圍設(shè)備與微處理器的硬件連接程度，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。硬件設(shè)計(jì)----關(guān)鍵技術(shù)

語(yǔ)音采集模塊語(yǔ)音輸入采用麥克風(fēng)實(shí)現(xiàn)，采集到的語(yǔ)音首先經(jīng)過(guò)預(yù)處理，預(yù)處理包括功率放大，自增益控制電路，低通濾波器和A/D變換電路。通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別函數(shù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別功能。特征提取語(yǔ)音特征模型匹配檢驗(yàn)特征提取語(yǔ)音輸入語(yǔ)音輸入訓(xùn)練階段識(shí)別階段硬件設(shè)計(jì)----關(guān)鍵技術(shù)

PSTN模塊

PSTN模塊主要由主控芯片電路、語(yǔ)音模塊電路、振鈴檢測(cè)電路、摘掛機(jī)電路、雙音頻信號(hào)收發(fā)器電路、輸出放大電路和輸入放大電路等部分組成。這里主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)通過(guò)移動(dòng)通信設(shè)備對(duì)家電的遠(yuǎn)程控制。硬件設(shè)計(jì)----關(guān)鍵技術(shù)

PSTN模塊----振鈴檢測(cè)電路

硬件設(shè)計(jì)----關(guān)鍵技術(shù)

PSTN模塊----自動(dòng)摘掛機(jī)電路

硬件設(shè)計(jì)----關(guān)鍵技術(shù)

存儲(chǔ)模塊

FLASH：K9F1208是Samsung公司生產(chǎn)的一

款512Mb(64MX8位)NANDFlash存

儲(chǔ)器。SDRAM：現(xiàn)代公司的兩片數(shù)據(jù)寬度為16Mx16位

的SDRAM芯片HY57V561620BT-H嵌入式操作系統(tǒng)的選擇

選擇Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)Linux具有免費(fèi)、開(kāi)源、功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越等正在嵌入式開(kāi)發(fā)領(lǐng)域穩(wěn)步發(fā)展。它具有多任務(wù)虛擬內(nèi)存、內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)支持及可剪裁和定制等特點(diǎn)Linux很適合作為智能家居的操作系統(tǒng)。所以系統(tǒng)運(yùn)行平臺(tái)選用操作系統(tǒng)內(nèi)核Linux。內(nèi)核版選用Linux2.6.14版本，該內(nèi)核版本支持S3C2410芯片，且性能穩(wěn)定，移植方案相對(duì)成熟，能夠很好的滿足本課題的要求。軟件設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)家電（空調(diào)、熱水器等）的語(yǔ)音控制以及遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)控制，必須對(duì)設(shè)備進(jìn)行編號(hào)，設(shè)計(jì)規(guī)范的查詢控制的命令格式，才能進(jìn)行正確地監(jiān)控家電設(shè)備。在一般家庭中電器類型有以下幾種：1、空調(diào)2、熱水器3、電視4、照明設(shè)備的控制命令設(shè)計(jì)為如下格式：監(jiān)控命令格式：命令分類+設(shè)備序號(hào)+設(shè)備狀態(tài)。命令分類是指查詢命令中的查詢分類，控制命令中的分類，如0表示關(guān)、1表示開(kāi)；設(shè)備序號(hào)是指家電設(shè)備的編號(hào)；設(shè)備狀態(tài)是在查詢和控制動(dòng)作的返回結(jié)果軟件設(shè)計(jì)----任務(wù)狀態(tài)切換圖

空閑任務(wù)

語(yǔ)音控制任務(wù)

PSTN控制任務(wù)

任務(wù)等待

等待語(yǔ)音任務(wù)

語(yǔ)音任務(wù)

任務(wù)搶占

軟件設(shè)計(jì)----主程序設(shè)計(jì)

開(kāi)始系統(tǒng)初始化WAIT模塊語(yǔ)音信號(hào)檢測(cè)有無(wú)信號(hào)輸入判斷語(yǔ)音訓(xùn)練語(yǔ)音識(shí)別藍(lán)牙配對(duì)信號(hào)發(fā)送NYNY軟件設(shè)計(jì)----相關(guān)定義/******************任務(wù)優(yōu)先級(jí)定義***************/#definephone_prio5#defineyuyin_prio4/******************任務(wù)堆棧定義***************/#defineSTACKSIZE50OS_STKPhone_Stack[STACKSIZE]={0,};//Phone_Task堆棧OS_STKyuyin_Stack[STACKSIZE]={0,};//GSM_Task堆棧/******************任務(wù)定義***************/VoidPhone_task(void*ld);Voidyuyin_task(void*ld);軟件設(shè)計(jì)----PSTN電話查詢?nèi)蝿?wù)PSTN電話查詢?nèi)蝿?wù)是指在有電話接入時(shí)，處理器通過(guò)按鍵內(nèi)容判斷處理方式。開(kāi)始讀取外部中斷0發(fā)送的消息查詢控制語(yǔ)音提示控制命令電話命令藍(lán)牙配對(duì)發(fā)出控制信息判斷號(hào)碼是否有效任務(wù)掛起NY掛機(jī)語(yǔ)音識(shí)別判斷按鍵內(nèi)容振鈴接聽(tīng)否延時(shí)30s通話結(jié)束控制設(shè)備選擇播報(bào)設(shè)備狀態(tài)YN查詢控制語(yǔ)音提示判斷按鍵內(nèi)容總結(jié)

本方案采用ARM芯片S3C2410作為智能家電的主控制器，并結(jié)合語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)設(shè)計(jì)了基于語(yǔ)音控制的智能家電系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中采用中央控制器的模式，通