基于語(yǔ)音控制的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

課題名稱基于語(yǔ)音控制的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)年月日摘要現(xiàn)有的家居管理系統(tǒng)大都基于GSM無(wú)線通信技術(shù)，以文本信號(hào)作為用戶終端的監(jiān)控通訊信號(hào)。隨著家庭Wifi網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，以及4G通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，采用語(yǔ)音信號(hào)作為家居電氣設(shè)備控制信號(hào)，已成為該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的重要特點(diǎn)之一。本課題利用當(dāng)今先進(jìn)的傳感技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)以及語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，設(shè)計(jì)出一款基于語(yǔ)音控制的智能家居控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用上位機(jī)（遠(yuǎn)程端）與下位機(jī)（控制執(zhí)行端）的無(wú)線通信解決方案，其中，上位機(jī)端以STM32F103C8T6微處理器為主控核心，外擴(kuò)語(yǔ)音識(shí)別模塊和WiFi通信模塊，搭建家居系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制端；下位機(jī)以自帶網(wǎng)關(guān)功能的ESP8266芯片為核心，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫濕度參數(shù)的采集，接收上位機(jī)端下發(fā)的控制指令，以及通過(guò)繼電控制家用電器開(kāi)啟。通過(guò)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，制作出系統(tǒng)硬件模型，并開(kāi)展系統(tǒng)的功能調(diào)試與測(cè)試。測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)性。關(guān)鍵詞：家居；語(yǔ)音識(shí)別；環(huán)境監(jiān)測(cè)；WiFi通信；控制

AbstractMostoftheexistinghouseholdmanagementsystemsarebasedonGSMwirelesscommunicationtechnologyandusetextsignalasthemonitoringcommunicationsignaloftheuserterminal.WiththecoverageofhomeWifinetworkandthewideapplicationof4Gcommunicationtechnology,theadoptionofvoicesignalasthecontrolsignalofhouseholdelectricalequipmenthasbecomeoneoftheimportantcharacteristicsofthetechnologydevelopmentinthisfield.ThistopicUSEStoday'sadvancedsensingtechnology,wirelesscommunicationtechnologyandvoicerecognitiontechnology,designasmarthomecontrolsystembasedonvoicecontrol.Thesystemadoptsthewirelesscommunicationsolutionsoftheuppercomputer(remoteterminal)andthelowercomputer(controlexecutionterminal).TheuppercomputerUSESSTM32F103C8T6microprocessorasthemaincontrolcore,expandsthespeechrecognitionmoduleandWiFicommunicationmodule,andbuildstheremotecontrolterminalofthehomesystem.ThelowercomputerwithitsowngatewayfunctionESP8266chipasthecore,therealizationofindoortemperatureandhumidityparameterscollection,receivingtheuppercomputerissuedcontrolinstructions,andthroughtherelaycontrolhouseholdappliancesopen.Throughthesystemhardwareandsoftwaredesign,makethesystemhardwaremodel,andcarryoutthesystemfunctiondebuggingandtesting.Thetestresultsverifythefeasibilityofthedesignedsystem.Keywords:Intelligenthome；voicerecognition；homemonitoringsystem；voicecontrol目錄1緒論 緒論1.1選題的背景進(jìn)入21世紀(jì)后，我們所處的這個(gè)時(shí)代每天都在發(fā)生著日新月異的變化。隨著時(shí)代的不斷更替，物質(zhì)水平不斷得到滿足，手動(dòng)控制的家居管理系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足人們的潛在需要，而集安全、方便、舒適為一體的新型智能家居系統(tǒng)愈受人們青睞。從通信技術(shù)層面來(lái)看，現(xiàn)有的智能家居管理系統(tǒng)大致分為無(wú)線通信連接與有線通信連接兩種。近年來(lái)，隨著WIFI、ZigBee等無(wú)線通信技術(shù)的不斷成熟，以無(wú)線通信為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸應(yīng)用于的智能家居管理系統(tǒng)?，F(xiàn)有的家居管理系統(tǒng)大都基于GSM無(wú)線通信技術(shù)，以文本信號(hào)作為用戶終端的監(jiān)控通訊信號(hào)。隨著家庭WiFi網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，以及4G通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，采用語(yǔ)音信號(hào)作為家居電氣設(shè)備控制信號(hào)，已成為該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的重要特點(diǎn)之一。基于語(yǔ)音控制的智能家居控制系統(tǒng)將為用戶提供一種舒適快捷的操作模式，可進(jìn)一步增強(qiáng)人機(jī)交互體驗(yàn)。因此，結(jié)合人們對(duì)新型智能家居管理系統(tǒng)的高要求特點(diǎn)，利用當(dāng)今先進(jìn)的傳感技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)以及語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，設(shè)計(jì)出滿足人們舒適、快節(jié)奏、高效的生活需求的智能家居控制系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)代化智能生活的促進(jìn)發(fā)展及其應(yīng)用，無(wú)疑具有重要的作用和意義。1.2國(guó)內(nèi)外智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀在智能家居領(lǐng)域，國(guó)外早在20世紀(jì)70年代就展開(kāi)了對(duì)語(yǔ)音識(shí)別的研究，主要集中在歐美及日本等一些發(fā)達(dá)國(guó)家。因此衍生出許多知名的品牌，歐美系智能家居品牌有SAVANT、LUTRON、Control4等，歐系的品牌有KNX、ABB、西門子、施耐德、Bticino、VIMAR等。與智能家居的技術(shù)相適應(yīng)，智能家居的品牌也分為有線與無(wú)線。有線智能家居是指各類智能家居設(shè)備之間主要通過(guò)網(wǎng)線連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能家居的有線控制；無(wú)線智能家居是指各類設(shè)備之間通過(guò)WiFi、ZigBee等這些無(wú)線通信技術(shù)連接，在通過(guò)語(yǔ)音控制、用戶終端控制，從而達(dá)到無(wú)線控制的目的。國(guó)外在無(wú)線控制的智能家居領(lǐng)域雖然取得了令人矚目的成就，而且在無(wú)線的智能家居系統(tǒng)技術(shù)上比較成熟，但是基于語(yǔ)音控制的智能家居系統(tǒng)，與有線控制和用戶終端控制的智能家居系統(tǒng)相比較來(lái)說(shuō)，仍然不能夠普及到普通人的生活中。相較于一些國(guó)外的發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)基于語(yǔ)音控制的智能家居生產(chǎn)平均水平還處于發(fā)展階段，但是國(guó)內(nèi)的一些知名品牌，像海爾、TCL、聯(lián)想在無(wú)線智能家居技術(shù)領(lǐng)域的成就已經(jīng)不弱與國(guó)外。對(duì)于國(guó)內(nèi)一般的生產(chǎn)商，他們成功開(kāi)發(fā)的各種“新概念”產(chǎn)品，大多采用的是國(guó)外智能家居系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)總線標(biāo)準(zhǔn)，或者直接將以太網(wǎng)連接到智能家居產(chǎn)品。這些產(chǎn)品都有一個(gè)共同的不足之處：不同的品牌甚至同一品牌中的不同類型的產(chǎn)品之間不能夠?qū)崿F(xiàn)兼容，無(wú)法實(shí)現(xiàn)即插即用。雖然在語(yǔ)音控制的智能家居領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)的研究還不是很占優(yōu)勢(shì)。但是隨著國(guó)內(nèi)越來(lái)越多新技術(shù)的出現(xiàn)，與智能家居無(wú)縫融合的進(jìn)程只會(huì)越來(lái)越快，更多智能家居技術(shù)的開(kāi)發(fā)只會(huì)更加多元化，涉及到的家用電器類型只會(huì)更加具有兼容性。1.3課題的研究方法與內(nèi)容本設(shè)計(jì)以STM32微處理器和ESP8266開(kāi)發(fā)板分別作為智能家居系統(tǒng)的上位機(jī)和下位機(jī)主控制器。上位機(jī)包括STM32F103C8T6微處理器、語(yǔ)音識(shí)別模塊、WiFi模塊三部分，以STM32F103C8T6微處理器為核心構(gòu)建語(yǔ)音和手機(jī)終端控制的遠(yuǎn)程控制端；下位機(jī)由ESP8266開(kāi)發(fā)板、溫濕度傳感器模塊、繼電器模塊、LED電路組成，以ESP8266開(kāi)發(fā)板為核心構(gòu)建外圍電路，作為模擬智能家居的控制執(zhí)行端。主要實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP對(duì)家用電器的遠(yuǎn)程控制與對(duì)室內(nèi)溫濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以及語(yǔ)音遠(yuǎn)程控制家用電器。具體工作內(nèi)容包括：（1）微處理器及各類傳感器的選型；（2）制定上位機(jī)和下位機(jī)之間的無(wú)線通信設(shè)計(jì)方案；（3）制定對(duì)家用電器進(jìn)行語(yǔ)音控制的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)輸入語(yǔ)音指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的無(wú)線控制；（4）制定對(duì)家用電器進(jìn)行用戶終端控制的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)操作手機(jī)APP相關(guān)按鍵，實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的無(wú)線控制；（5）制定室內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)方案，利用手機(jī)APP進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。（6）完成智能家居各部分功能的測(cè)試和調(diào)試，完善系統(tǒng)性能。1.4本章小結(jié)本章首先概括了本課題設(shè)計(jì)的研究背景與意義，介紹了語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)和智能家居控制技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。其次，介紹了智能家居系統(tǒng)的基本構(gòu)成、工作原理與主要功能，同時(shí)敘述了本課題設(shè)計(jì)的主要工作內(nèi)容。

2理論分析及總體方案2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的硬件部分主要包括上位機(jī)和下位機(jī)兩大部分，其中以STM32F103C8T6微處理器為核心，構(gòu)建WiFi無(wú)線通信、語(yǔ)音識(shí)別外圍電路，組成智能家居系統(tǒng)的上位機(jī)；以ESP8266開(kāi)發(fā)板為核心，外擴(kuò)家用電器的電源繼電器模塊和溫濕度傳感器組成系統(tǒng)的下位機(jī)。基于語(yǔ)音控制的智能家居系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。本課題設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)，其主要功能實(shí)現(xiàn)為用戶可通過(guò)手機(jī)APP對(duì)室內(nèi)溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、對(duì)家用電器進(jìn)行APP遠(yuǎn)程控制以及語(yǔ)音遠(yuǎn)程控制。對(duì)家用電器的控制方式有兩種：語(yǔ)音遠(yuǎn)程控制和手機(jī)終端遠(yuǎn)程控制。語(yǔ)音控制即是通過(guò)在上位機(jī)輸入指定的語(yǔ)音指令，通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別模塊發(fā)送給上位機(jī)的主控制器，由WiFi無(wú)線通信模塊傳輸?shù)较挛粰C(jī)的主控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的語(yǔ)音遠(yuǎn)程控制。手機(jī)APP控制即是通過(guò)手機(jī)終端發(fā)送指令給WIFI模塊，然后經(jīng)過(guò)下位機(jī)的主控制器進(jìn)行相關(guān)的處理，控制家用電器的相關(guān)操作。圖2-1基于語(yǔ)音控制的智能家居系統(tǒng)總體方案原理框圖2.2各功能模塊的硬件選型本課題是為了設(shè)計(jì)出一套成本更低、功耗更低、更加準(zhǔn)確、方便的智能家居控制系統(tǒng)。故如何選擇出最優(yōu)的各部分硬件，是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要問(wèn)題。通過(guò)上面的總體方案設(shè)計(jì)，需要選擇相應(yīng)的電子元器件和模塊，現(xiàn)通過(guò)以下的方案比較來(lái)選擇智能家居控制系統(tǒng)所需的具體的模塊型號(hào)。2.2.1上位機(jī)主控制器根據(jù)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的目標(biāo)和具體需求，采用STM32F103C8T6微處理器作為上位機(jī)的核心控制芯片，實(shí)物圖如圖2-2所示，其具體參數(shù)如下表2-1所示。STM32F103C8T6微處理器的運(yùn)行速度為72MHz，系統(tǒng)與外部通信的接口有I2C，POR，PVD等較全面。內(nèi)置功能模塊眾多，包括FLASH存儲(chǔ)器、48K容量的RAM、正向低壓降穩(wěn)壓器等。它屬于其中一款機(jī)型的增強(qiáng)版，工作溫度一般在-40到+85攝氏度之間，過(guò)高過(guò)低都可能使處理器系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，電源電壓通常在2v與3.6v這個(gè)區(qū)間上。該處理器有個(gè)突出的特點(diǎn)，即可以設(shè)置為節(jié)電模式工作，確保應(yīng)用需求的基礎(chǔ)上更加低功耗，并且擁有豐富的外圍資源。STM32F103C8T6芯片的引腳圖如圖附錄一所示。圖2-2STM32F103C8T6最小系統(tǒng)實(shí)物圖表2-1STM32F103C8T6芯片主要參數(shù)表主頻72MHz閃存64KSRAM20K定時(shí)器3GPIO37USART3SPI總線1ADC2路10位分辨雖然，STM32F103C8T6的結(jié)構(gòu)相對(duì)51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō)較為復(fù)雜，但是它集成了非常豐富的接口，片內(nèi)片外資源更加完整，功能更加強(qiáng)大，實(shí)時(shí)性更強(qiáng)。STM32F103C8T6內(nèi)部的功能模塊更多，常用到主要有3路USART、DMA、電機(jī)控制PWM、POR、PDR和可編程電壓檢測(cè)器(PVD)、PWM、WDT等。從固件庫(kù)編程的可移植性，及系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的寬度、廣度來(lái)說(shuō)，STM32F103有著51單片機(jī)無(wú)法替代的重要性。故綜合性能和從外部功能的擴(kuò)展性來(lái)考慮，本設(shè)計(jì)的主控制器選擇STM32F103C8T6芯片。2.2.2語(yǔ)音識(shí)別模塊市場(chǎng)上的語(yǔ)音模塊的種類可以說(shuō)是琳瑯滿目，所以選擇語(yǔ)音識(shí)別模塊的功能、型號(hào)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體性、穩(wěn)定性，功能是否可以實(shí)現(xiàn)都顯得尤為重要。語(yǔ)音模塊對(duì)于特定語(yǔ)音指令的識(shí)別，一般包括四個(gè)步驟，分別是生成語(yǔ)音信號(hào)、對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理、提取參數(shù)、最后識(shí)別語(yǔ)音信號(hào)。選定LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊為設(shè)計(jì)所用的語(yǔ)音識(shí)別模塊，模塊實(shí)物圖如圖2-3所示，芯片實(shí)物圖見(jiàn)附錄一。這款芯片是由ICRoute公司設(shè)計(jì)并制造出來(lái)，專門用來(lái)進(jìn)行非特定人語(yǔ)音指令識(shí)別芯片。該芯片集成了語(yǔ)音識(shí)別處理器和AD、DA轉(zhuǎn)換器、麥克風(fēng)接口、語(yǔ)音輸入接口、輸出接口等外部電路。本模塊完美的避開(kāi)了傳統(tǒng)語(yǔ)音識(shí)別模塊單一，需要連接需要的外部電路的弊端，它將語(yǔ)音采集、語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音處理集成在了一起，既方便又高效。所以，該語(yǔ)音模塊不需要任何外部電路，語(yǔ)音采集、語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音處理都可以由模塊自身來(lái)完成。LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊的部分參數(shù)如表2-2所示。圖2-3LD3320模塊實(shí)物圖表2-2LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊參數(shù)表規(guī)格43*29.7MM供電電壓5VIO口輸出高電平3.3V通信方式串口通信內(nèi)置單片機(jī)型號(hào)STC11L08XE輸出口16個(gè)以LD3320芯片為核心的語(yǔ)音識(shí)別模塊，可以不經(jīng)過(guò)主控制器單獨(dú)對(duì)語(yǔ)音指令進(jìn)行采集處理。這就使整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加靈活多變，避免了主控制器已出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)都要重新檢查，也使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。而且LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊就是為了識(shí)別非特定人語(yǔ)音而設(shè)計(jì)，完全符合本設(shè)計(jì)對(duì)于語(yǔ)音識(shí)別部分的設(shè)計(jì)方案。所以選擇LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊。2.2.3無(wú)線通信方式的選擇選用WiFi無(wú)線通信技術(shù)為本設(shè)計(jì)的無(wú)線通信方式。WiFi是常用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，幾乎所有的用戶終端都支持WiFi上網(wǎng)，是應(yīng)用最廣泛的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)之一。目前，WiFi無(wú)線通信技術(shù)大多基于IEEE802.11n無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，吞吐量大（100M~150M）。但是802.11n正在逐步退出物聯(lián)網(wǎng)，新的802.11ac標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)勢(shì)進(jìn)入WiFi技術(shù)市場(chǎng)。如果采用新標(biāo)準(zhǔn)，傳輸率將提高十倍。802.11acWiFi技術(shù)已達(dá)到Gbit/s的理論傳輸速率，但該數(shù)據(jù)指的是整個(gè)WiFi網(wǎng)絡(luò)容量。如表2-3所示，3種市面上常見(jiàn)無(wú)線技術(shù)的功能參數(shù)和價(jià)格信息。WiFi的優(yōu)勢(shì)是應(yīng)用范圍較廣，在軍事，醫(yī)療，家庭等領(lǐng)域都得到了普及；雖然ZigBee的低功耗和藍(lán)牙的自組網(wǎng)簡(jiǎn)單，兩種方案都有各自的優(yōu)勢(shì)，但都存在通信距離短、與現(xiàn)有主流網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（如802.11及其升級(jí)標(biāo)準(zhǔn)）不匹配的不足。由表2-3可以看出，不管是從傳輸速度來(lái)說(shuō)，還是從傳輸距離來(lái)講，WiFi都要比ZigBee和藍(lán)牙有優(yōu)勢(shì)。故就本課題的實(shí)際需要選擇WiFi無(wú)線通信技術(shù)。表2-3ZigBee、WiFi和藍(lán)牙的比較表技術(shù)名稱ZigBeeWiFi藍(lán)牙傳輸速度100kbps11-54Mbps1Mbps通信直徑10-100m20-200m20-200m頻段2.4GHz、915MHz、868MHz2.4GHz2.4GHz安全性中低高功耗5mA10-50mA20mA成本￥20-30￥15￥20-302.2.4上位機(jī)WiFi模塊模塊的硬件選型所選用上海樂(lè)鑫信息科技開(kāi)發(fā)的ESP8266-01芯片，是一款既可作為微控制器使用，又具有完整TCP/IP協(xié)議棧的WiFiIoT控制功能的芯片。它適用于移動(dòng)設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)，能支持無(wú)線802.11b/g/n標(biāo)準(zhǔn)；內(nèi)置TCP、IP協(xié)議棧，支持多路連接；CPU時(shí)鐘速度達(dá)到160MHz，支持RTOS和WIFI協(xié)議棧，可將高達(dá)80%的處理能力留給應(yīng)用編程和開(kāi)發(fā)；支持豐富的SocketAT指令；采用32位Tensilicon處理器，內(nèi)置模塊眾多，只需少量外圍電路，減少了PCB空間；具有適合各種低功耗應(yīng)用場(chǎng)景的節(jié)能模式。ESP8266-01模塊實(shí)物圖如圖2-4所示，ESP8266WiFi模塊的基本參數(shù)如表2-4所示。圖2-4ESP8266-01模塊實(shí)物圖表2-4ESP8266模塊參數(shù)表工作電壓3.3V工作溫度-40℃-125℃?zhèn)鬏斔俾?10-921600bps頻率范圍2.412GHz-2.484GHz無(wú)線網(wǎng)絡(luò)類型STA/AP/STA+APTCPClient5個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IPv4,TCP/UDP/FTP/HTTP2.2.5下位機(jī)主控制器的選擇選用基于ESP8266的WIFI物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)板，實(shí)物圖如圖2-5所示。該開(kāi)發(fā)版的主模塊是ESP-12N，串口芯片為CH340G，主WIFI芯片為ESP8266，F(xiàn)LASH閃存芯片為W25Q32?；跇?lè)鑫esp8266的NodeMcu開(kāi)發(fā)板，具有GPIO、PWM、I2C、1-Wire、ADC等功能，結(jié)合NodeMcu

固件可為開(kāi)發(fā)提供快速途徑；采用CH340串口下載，即插即用；包含10個(gè)GPIO，且每個(gè)IO口都能配置為PWM，I2C，1-WIRE；具有FCC認(rèn)證的WIFI模塊，內(nèi)置PCB天線；開(kāi)發(fā)板還提供硬件的高級(jí)接口，可有助于應(yīng)用開(kāi)發(fā)者從繁復(fù)的硬件配置、寄存器操作中解放出來(lái)。此外，該快速原型的開(kāi)發(fā)板，還集成售價(jià)低于10人民幣的WIFI芯片ESP8266，可提供性價(jià)比高的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)。ESP-12N芯片具體功能如下表2-5所示。圖2-5ESP8266的WIFI物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)板表2-5ESP8266主要功能串口透?jìng)鲾?shù)據(jù)傳輸，傳輸?shù)目煽啃院?，最大的傳輸速率為?60800bps。PWM調(diào)控?zé)艄庹{(diào)節(jié)，三色LED調(diào)節(jié)，電機(jī)調(diào)速等GPIO控制控制開(kāi)關(guān)，繼電器等2.2.6溫濕度傳感器的選型本文選擇由廣州奧工公司生產(chǎn)的DHT11型溫濕度傳感器，它是一種集溫度、濕度檢測(cè)功能為一體的數(shù)字式傳感器，DHT11溫濕度模塊實(shí)物圖如圖2-6所示。它主要是由三部分電阻式濕度傳感器、NTC溫度傳感器以及一個(gè)8位的單片機(jī)組成。DHT11芯片與8位高性能的單片機(jī)通過(guò)一個(gè)I/O口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，DHT11芯片采集到的鄰近溫濕度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)I/O口發(fā)送給單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的反復(fù)校準(zhǔn)和檢驗(yàn)，極大程度上保障了溫濕度數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性。DHT11具體性能指標(biāo)如下表2-6所示。圖2-6DHT11溫濕度模塊實(shí)物圖表2-6DHT11溫濕度傳感器參數(shù)表工作電壓范圍3.5V-5.5V工作電流平均0.5mA濕度測(cè)量范圍20－90％RH溫度測(cè)量范圍0－50℃濕度分辨率1％RH8位溫度分辨率1℃8位采樣周期1S2.3本章小結(jié)系統(tǒng)采用了兩種控制方式，通過(guò)控制下位機(jī)的STM32F103C8T6微控制器實(shí)現(xiàn)LED燈控制。手機(jī)終端控制和語(yǔ)音控制。手機(jī)終端控制就是通過(guò)手機(jī)或者電腦下載已經(jīng)編好的手機(jī)APP，來(lái)控制空調(diào)相關(guān)指令及實(shí)時(shí)監(jiān)控室內(nèi)溫濕度。語(yǔ)音識(shí)別控制是通過(guò)上位機(jī)語(yǔ)音采集模塊接收到特定的語(yǔ)音指令后，語(yǔ)音識(shí)別模塊將識(shí)別語(yǔ)音指令并進(jìn)行相關(guān)處理，然后生成特定的信號(hào)發(fā)送到下位機(jī)的微處理器進(jìn)行控制。

3系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)3.1上位機(jī)主控核心的最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)本課題中上位機(jī)設(shè)計(jì)方案使用的微處理器為STM32F103C8T6單片機(jī)。該微處理器的電路設(shè)計(jì)主要包括電源電路設(shè)計(jì)、復(fù)位電路設(shè)計(jì)、晶振電路設(shè)計(jì)及SWD接口電路設(shè)計(jì)，具體電路設(shè)計(jì)如下。電源電路設(shè)計(jì)。其中AMS11173.3作為系統(tǒng)單片機(jī)的電源轉(zhuǎn)換芯片，ASM11173.3是一個(gè)正電壓壓降較低的穩(wěn)壓器，電壓部分各個(gè)器件由DC-3.5從USB取電，系統(tǒng)電源部分則從AMS11173.3從USB取得5V電壓轉(zhuǎn)換成3.3V電壓為其供電。電源部分原理圖如圖3-1所示。圖3-1電源電路復(fù)位電路設(shè)計(jì)。復(fù)位電路如圖3-2所示，外部RST引腳從外部重置到一定寬度的復(fù)位脈沖,并從實(shí)現(xiàn)的單片機(jī)的復(fù)位，NRST引腳是配置為RST復(fù)位引腳，并在ISP編程設(shè)定。如果在STC-ISP設(shè)置的I/0端口中沒(méi)有對(duì)NRST進(jìn)行編程，則輸入引腳NRST為芯片復(fù)位。如果RST復(fù)位引腳處于高電平，且至少增加24個(gè)時(shí)鐘為10us,MCU將進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。圖3-2復(fù)位電路晶振電路設(shè)計(jì)。圖3-3為設(shè)計(jì)的晶振振蕩電路。該電路采用芯片R/C振蕩器，其頻率為8MHz，單片機(jī)的OSC引腳與這兩個(gè)晶體振蕩器電路相連接。圖3-3晶振振蕩電路SWD接口電路設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用JLINK仿真器模擬下載方式。與JTAG模式相比，SWD模式能夠以相對(duì)較少的行數(shù)實(shí)現(xiàn)程序燒錄的目的，SWD模式只需要四根電線就可以完成燒錄。所設(shè)計(jì)的SWD接口電路如圖3-4所示。圖3-4SWD仿真接口電路上位機(jī)微處理器通過(guò)串口與外部的語(yǔ)音模塊和WIFI模塊進(jìn)行通信。STM32F103C8T6有USART1（42、43引腳）、USART2（12、13引腳）、USART3（21、22引腳）三個(gè)串口。在本設(shè)計(jì)中，上位機(jī)通過(guò)USART1接ESP8266WIFI無(wú)線通信模塊實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)之間的無(wú)線通信、以及USART3與LD3320語(yǔ)音模塊進(jìn)行通信實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音指令的識(shí)別。芯片使用到的引腳剩下的主要是輸入輸出I/O口。本設(shè)計(jì)中使用到的具體串口如下：在上位機(jī)中使用到的STM32F103C8T6芯片的具體引腳有：（1）語(yǔ)音識(shí)別部分：PB10：作為STM32F103C8T6的USART3的TX口，與LD3320的RXD引腳進(jìn)行通信，完成與LD3320語(yǔ)音模塊的數(shù)據(jù)傳輸；PB11：S作為TM32F103C8T6的USART3的RX口，與LD3320的TXD引腳進(jìn)行通信，完成與LD3320語(yǔ)音模塊的數(shù)據(jù)傳輸；（2）WiFi模塊：PA9：STM32F103C8T6的USART3的TX口，接ESP8266WIFI模塊的RXD引腳，完成與ESP8266WIFI語(yǔ)音模塊的數(shù)據(jù)傳輸；PA10：STM32F103C8T6的USART3的RX口，接ESP8266WIFI模塊的TXD引腳，完成與ESP8266WIFI語(yǔ)音模塊的數(shù)據(jù)傳輸；3.2下位機(jī)主控核心的最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)下位機(jī)的主控制模塊選擇的是ESP-12N開(kāi)發(fā)板，核心為ESP8266XE芯片。該芯片具有完整的WIFI網(wǎng)絡(luò)功能，不僅能夠獨(dú)立使用，而且還可以作為從機(jī)搭載與MCU主機(jī)使用。ESP8266XE作為獨(dú)立部分使用時(shí)，能夠直接從外接的Flash內(nèi)啟動(dòng)。此外，ESP8266EX只需通過(guò)SPI/SDIO接?或I2C/UART?即可作為WiFi適配器，應(yīng)用到基于任何微控制器的設(shè)計(jì)中。ESP8266EX最小系統(tǒng)電路圖如下所示：圖3-5ESP8266EX最小系統(tǒng)電路圖在下位機(jī)中使用到的ESP8266開(kāi)發(fā)板的具體引腳有：（1）LED部分：GPIO2：綠燈，模擬空調(diào)制冷指示燈；GPIO4：紅燈，模擬空調(diào)制熱指示燈；GPIO5：藍(lán)燈，模擬空調(diào)開(kāi)關(guān)指示燈；（2）溫濕度采集模塊：GPIO12：與DHT11溫濕度傳感器模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，接受并處理采集到的室內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)；3.3語(yǔ)音識(shí)別模塊的電路設(shè)計(jì)LD3320的基本應(yīng)用電路由單片機(jī)和LD3320組成。語(yǔ)音模塊內(nèi)部電路圖如圖3-5所示，主控制單片機(jī)芯片電路，主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)LD3320芯片寄存器的功能。在編輯關(guān)鍵字時(shí)，將拼音串設(shè)置為L(zhǎng)D3320寄存器，完成對(duì)關(guān)鍵字masterMCU的編輯。寄存器可分為以下幾類：FIFO數(shù)據(jù)緩沖器、語(yǔ)音識(shí)別控制寄存器、音量控制、模擬電路等輔助寄存器。寄存器讀寫操作有兩種方式，分別是標(biāo)準(zhǔn)的并行模式和串行SPI模式。LD3320寄存器的地址空間為8位，從00H到FFH。LD3320內(nèi)部電路如圖3-6所示:圖3-6LD3320內(nèi)部電路的簡(jiǎn)單電路邏輯圖語(yǔ)音模塊的設(shè)計(jì)主要是在軟件部分，硬件部分因?yàn)楝F(xiàn)在學(xué)習(xí)程度還不夠深，所以硬件部分買來(lái)的是已經(jīng)所有模塊集成好的整體。買來(lái)的語(yǔ)音模塊內(nèi)部帶有STC1OLO8XE單片機(jī)，使用時(shí)只需調(diào)用，所以將語(yǔ)音模塊與設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需的微處理器連接在系統(tǒng)主程序內(nèi)修改成自己想要的語(yǔ)音指令即可。本課題選擇的LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊有4個(gè)引腳會(huì)被用到，如下表3-1所示，分別是VCC、GND、TX、RX，其中VCC、GND為電源端的高低電平，分別接STM32F103C8T6微處理器的GND和5V，TX、RX為數(shù)據(jù)發(fā)送接收端口與微處理器的TX、RX交錯(cuò)連接。LD3320與上位機(jī)微處理器連接電路圖如圖3-7所示。表3-1LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊主要功能引腳表引腳名稱引腳說(shuō)明VCC正電源輸入（5V）TX發(fā)送數(shù)據(jù)RX接收數(shù)據(jù)GND電源地圖3-7LD3320引腳接線圖3.4上位機(jī)WiFi模塊的電路設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中選擇的無(wú)線通信模塊是ESP8266模塊。ESP8266可以支持載PCB天線接口、IPEX接口和戳孔接口。ESP8266芯片內(nèi)部射頻發(fā)射電路如圖3-8所示:圖3-8WiFi射頻參考電路圖按照本課題設(shè)計(jì)的方案要求，用到的WiFi無(wú)線通信模塊選擇ESP8266WiFi無(wú)線通信模塊，與上位機(jī)的微處理器進(jìn)行通信。這里所選擇的WiFi模塊共有8個(gè)引腳，各個(gè)引腳功能如下表3-2所示：表3-2ESP8266WiFi模塊功能引腳表引腳編號(hào)引腳名稱引腳說(shuō)明1VCC3.3V模塊供電2RST外部Reset信號(hào)，低電平復(fù)位，高電平工作（默認(rèn)高）3CH_PD高電平工作；低電平模塊供電關(guān)掉；4TXDUART_RXD，發(fā)送5RXDUART_RXD，接收6GPIO_0高電平工作；低電平模塊供電關(guān)掉；7GPIO_2開(kāi)機(jī)上電時(shí)必須為高電平；內(nèi)部默認(rèn)已拉高8GNDGND為達(dá)到上位機(jī)與下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，上位機(jī)部分將模塊與微處理器的串口2（PA9、PA10）連接，如圖3-9所示；圖3-9上位機(jī)的ESP8266WiFi模塊接線圖3.5溫濕度模塊的電路設(shè)計(jì)本課題選擇DHT11溫濕度傳感器模塊作為室內(nèi)溫濕度的數(shù)據(jù)采集模塊。將DHT11溫濕度傳感器模塊集成到下位機(jī)上，與其主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以實(shí)現(xiàn)通過(guò)手機(jī)APP進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫濕度。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一種具有標(biāo)定數(shù)字信號(hào)輸出的復(fù)合溫濕度傳感器。采用了專用數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)。DHT11的電源電壓為3.0v-5.5v。傳感器通電后，必須等待1s才能越過(guò)不穩(wěn)定狀態(tài)，在此期間無(wú)需發(fā)送指令。在功率引腳（VDD,GND）之間可以增加一個(gè)1K電阻進(jìn)行限流和解構(gòu)。課題選用的DHT11溫濕度模塊有四個(gè)引腳，引腳圖如圖3-10所示，其中VCC為電源端，GND接地，NC為空引腳，DQ為數(shù)據(jù)傳輸端口，通過(guò)與下位機(jī)主控制器的GPIO10引腳連接實(shí)現(xiàn)DHT11芯片與主控制器的數(shù)據(jù)傳輸。DHT11芯片的各引腳功能如表3-3所示。圖3-10DHT11模塊原理圖表3-3DHT11功能引腳表引腳編號(hào)引腳名稱類型引腳說(shuō)明1VCC電源正電源輸入（3.3V）2DOUT輸出單總線，數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳3NC空腳空腳，擴(kuò)展未用4GND地電源地3.6LED電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中通過(guò)下位機(jī)的主控制器控制一組LED燈來(lái)模擬家用電器（這里主要是指空調(diào)）的部分功能，用ESP8266開(kāi)發(fā)版的的GPIO2、GPIO4、GPIO5來(lái)控制相應(yīng)的LED燈的亮滅。所設(shè)計(jì)的LED等電路圖如圖3-11所示。圖3-11LED燈電路圖3.7本章小結(jié)本章主要敘述了本課題設(shè)計(jì)硬件部分的電路設(shè)計(jì)情況，硬件電路包括微處理器電路、LED電路和各類模塊電路，著重介紹了各個(gè)硬件在畫圖軟件上的引腳設(shè)計(jì)，確定了各個(gè)模塊的電路情況。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)基于語(yǔ)音識(shí)別的智能家居控制硬件設(shè)計(jì)，明確了軟件的任務(wù)。在軟件的設(shè)計(jì)中，根據(jù)系統(tǒng)的功能，將軟件分為幾個(gè)獨(dú)立的部分，分別對(duì)應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)硬件模塊。該系統(tǒng)可以通過(guò)手機(jī)APP和語(yǔ)音指令兩種方式對(duì)家用電器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并可以通過(guò)手機(jī)APP對(duì)室內(nèi)溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。手機(jī)終端遠(yuǎn)程控制即是通過(guò)手機(jī)APP上的按鍵，發(fā)送數(shù)據(jù)指令給上位機(jī)的WiFi控制電路，經(jīng)過(guò)下位機(jī)的處理器進(jìn)行相關(guān)的處理后，發(fā)出控制指令。語(yǔ)音遠(yuǎn)程控制是通過(guò)上位機(jī)的語(yǔ)音采集模塊接受到輸入的特定的語(yǔ)音指令，然后語(yǔ)音識(shí)別模塊再對(duì)接收到的語(yǔ)音指令進(jìn)行識(shí)別和相關(guān)處理，由微處理器發(fā)送給WiFi模塊，最后通過(guò)兩個(gè)WiFi模塊之間的無(wú)線通信有上位機(jī)發(fā)送給下位機(jī)微處理器，達(dá)到語(yǔ)音遠(yuǎn)程控制。手機(jī)終端監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫濕度是由上位機(jī)將接收的下位機(jī)采集到的室內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)，通過(guò)WIFI發(fā)送到手機(jī)終端。系統(tǒng)的程序流程框圖如圖4-1所示。圖4-1系統(tǒng)程序流程圖4.2語(yǔ)音識(shí)別程序設(shè)計(jì)語(yǔ)音識(shí)別程序的設(shè)計(jì)是通過(guò)修改語(yǔ)音模塊內(nèi)置單片機(jī)用戶可修改程序，加上設(shè)計(jì)系統(tǒng)主程序的語(yǔ)音部分來(lái)實(shí)現(xiàn)的。模塊內(nèi)部的程序是通過(guò)內(nèi)置單片機(jī)中的寄存器來(lái)完成，從而進(jìn)行所需的各種操作，如設(shè)置標(biāo)志位、讀取芯片運(yùn)行狀態(tài)、獲取識(shí)別結(jié)果等。讀取寄存器的方法有兩種：并行與行，里使用的是并行方式。語(yǔ)音識(shí)別的過(guò)程分為五個(gè)步驟：1、語(yǔ)音識(shí)別初始化；2、寫入識(shí)別表；3、打開(kāi)中斷允許；4、確定工作方式；5、獲取識(shí)別結(jié)果。語(yǔ)音識(shí)別流程圖如圖4-2所示。圖4-2語(yǔ)音識(shí)別程序流程圖4.3溫濕度采集程序設(shè)計(jì)DHTII溫濕感器的主要功能是采集當(dāng)前的實(shí)時(shí)溫度。溫濕感器DHTII的工作流程分為三部分：初始化、操作指令和功能指令。每個(gè)DHTII采集溫濕度的過(guò)程必須包括上述三個(gè)步驟，如果沒(méi)有實(shí)際的步驟順序或混淆，DHTII將不會(huì)返回值。芯片出廠時(shí)被默認(rèn)為是16位的轉(zhuǎn)換精度。當(dāng)DHTII芯片接收到微處理器發(fā)送的采集溫濕度指令后，DHTII芯片主控制器會(huì)輸出一個(gè)轉(zhuǎn)換溫濕度指令，進(jìn)而將溫濕度的具體數(shù)值轉(zhuǎn)換成芯片可識(shí)別的16位的二進(jìn)制。溫濕度傳感器DHTII的工作流程設(shè)計(jì)如下:首先，編寫ROM命令后開(kāi)始溫度轉(zhuǎn)換。DHTII發(fā)送ID測(cè)試，然后讀取溫濕寄存器值并將其返回給微控制器。用戶發(fā)送一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)給DHT11后，它將關(guān)閉低功耗模式打開(kāi)高速模式，并開(kāi)始采集觸發(fā)信號(hào)。用戶可以選擇讀取一些數(shù)據(jù)。從主控制器中，接收到開(kāi)始采集信號(hào)后，DHT11開(kāi)始根據(jù)響應(yīng)命令采集溫濕度數(shù)據(jù)。如果沒(méi)有接收到主控制器發(fā)送到DHT11模塊主機(jī)的信號(hào)，DHT11不會(huì)自動(dòng)采集溫濕度數(shù)據(jù)。濕度采集程序流程如圖4-3所示。圖4-3DHT11通訊過(guò)程溫濕度采集過(guò)程如圖4-4所示。開(kāi)始開(kāi)始初始化DHT11發(fā)出掃描指令DHT11是否應(yīng)答是否采集數(shù)據(jù)延時(shí)等待溫濕度轉(zhuǎn)換完成延時(shí)等待溫濕度轉(zhuǎn)換完成圖4-4濕度采集程序流程圖4.4WiFi無(wú)線通信程序設(shè)計(jì)ESP8266模塊支持三種工作方式，分別是STA工作模式、AP工作模式及STA+AP工作模式。表4-1列出了三種工作模式的簡(jiǎn)要說(shuō)明。由表4-1看出，ESP8266模塊工作模式較為實(shí)用，特別是，ESP8266的WiFi無(wú)線通信模塊具有極其豐富的SocketAT指令，而且能夠通過(guò)串口和單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。表4-1ESP8266模塊三種工作模式工作模式說(shuō)明STA工作模式ESP8266WiFi無(wú)線通信模塊可以通過(guò)路由器或者急用PC機(jī)（手機(jī)、電腦等）開(kāi)熱點(diǎn)連接到互聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)連接到互聯(lián)網(wǎng)之后，既可以利用手機(jī)或者電腦通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)中轉(zhuǎn)站對(duì)我們所設(shè)計(jì)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制AP工作模式ESP8266WiFi無(wú)線通信模塊可以被當(dāng)做一個(gè)熱點(diǎn)來(lái)使用，手機(jī)或者電腦就是靠著熱點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)局域的無(wú)線遠(yuǎn)程控制STA+AP模式STA、AP兩種工作方式共存，能夠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)所謂的無(wú)縫切換，非常方便，便捷這里依據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際開(kāi)發(fā)環(huán)境需要，上位機(jī)中的ESP8266模塊選擇AP工作模式，下位機(jī)中的ESP8266模塊選擇SAT工作模式。通過(guò)確定兩個(gè)ESP8266模塊的工作模式后，上位機(jī)就可以作為一個(gè)移動(dòng)熱點(diǎn)作為服務(wù)器，而下位機(jī)則作為客戶端連接上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)之間的無(wú)線通信。能夠進(jìn)行無(wú)線通信之后，上位機(jī)的語(yǔ)音模塊識(shí)別特定語(yǔ)音指令并轉(zhuǎn)換成十六位進(jìn)制的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)微處理器處理再由ESP8266模塊發(fā)送到下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音的遠(yuǎn)程控制。為了實(shí)現(xiàn)上述所述的設(shè)計(jì)方案，對(duì)上位機(jī)的ESP8266模塊植入相應(yīng)的的AT指令，作為服務(wù)器，具體設(shè)計(jì)如下表4-2；對(duì)下位機(jī)的ESP8266模塊植入的相應(yīng)AT指令，作為客戶端，具體設(shè)計(jì)如下表4-3。表4-2上位機(jī)ESP8266模塊植入的AT指令作用表AT指令作用AT+CWMODE=2選擇AP工作模式，設(shè)置為熱點(diǎn)AT+CIPSERVER=1，6534建立服務(wù)器，設(shè)置端口號(hào)為6534AT+CWSAP="ZNJJ","0123456789",11,3設(shè)置服務(wù)器賬號(hào)、密碼AT+CIFSR查詢本設(shè)備的IP地址AT+CIPMODE=1開(kāi)啟透?jìng)髂Ｊ紸T+CIPSEND開(kāi)始透?jìng)鞅?-3下位機(jī)ESP8266模塊植入的AT指令A(yù)T指令作用AT+CWMODE_DEF=1設(shè)置為STATION模式，連接熱點(diǎn)AT+CWJAP_DEF="ZNJJ","0123456789"設(shè)置用戶需要給下位機(jī)連接WIFI的設(shè)置AT+CIPSTART="TCP","04",6534擇TCP協(xié)議，連接遠(yuǎn)程服務(wù)器AT+CIPMODE=1開(kāi)啟透?jìng)髂Ｊ絊AVETRANSLINK=1,"04",6534,"TCP"保存透?jìng)鬟B接到Flash4.5手機(jī)終端無(wú)線遠(yuǎn)程控制程序設(shè)計(jì)手機(jī)終端無(wú)線遠(yuǎn)程控制部分是由手機(jī)APP通過(guò)上位機(jī)的WIFI模塊與下位機(jī)進(jìn)行無(wú)線連接來(lái)控制家用電器（空調(diào)）及監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫濕度，上位機(jī)的ESP8266-01芯片和下位機(jī)的ESP-12N芯片都具有無(wú)線通信，其中上位機(jī)設(shè)置成WIFI熱點(diǎn)，下位機(jī)設(shè)置成連端，將手機(jī)APP、上位機(jī)和下位機(jī)設(shè)置成同一IP地址。手機(jī)終端通過(guò)WIFI向上位機(jī)發(fā)送無(wú)線控制指令，然后上位機(jī)通過(guò)WIFI發(fā)送到下位機(jī)，由ESP-12N通過(guò)接受到不同的指令來(lái)控制家用電器和監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫濕度。它的程序流程圖如圖4-5所示。圖4-5手機(jī)終端程序流程圖4.6LED燈控制程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的LED燈控制是通過(guò)下位機(jī)ESP8266模塊接收到上位機(jī)WIFI模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)后，直接由下位機(jī)ESP8266控制器賦予相對(duì)應(yīng)的引腳高低電平。LED燈控制程序流程如圖4-6所示。圖4-6LED燈控制程序流程圖4.7本章小結(jié)本章節(jié)主要介紹的是智能家居系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)情況，著重介紹了各個(gè)模塊的程序設(shè)計(jì)過(guò)程，所采用的模塊化編程方式、各個(gè)模塊的程序流程，以及介紹了WiFi模塊植入的AT指令和指令編程實(shí)現(xiàn)方式。

5系統(tǒng)測(cè)試與分析按照以上器件的選型，硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，制作了實(shí)際電路板智能家居系統(tǒng)模型?；谡Z(yǔ)音控制的智能家居實(shí)物圖如圖5-1所示。圖5-1基于語(yǔ)音控制的智能家居系統(tǒng)實(shí)物圖5.1系統(tǒng)測(cè)試5.1.1測(cè)試環(huán)境與內(nèi)容在本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)方案是用兩種控制方式來(lái)控制LED燈（模擬空調(diào)部分功能指示燈）的亮滅，這兩種方式分別是通過(guò)上位機(jī)語(yǔ)音控制和手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制。另外，在手機(jī)APP控制的同時(shí)可以通過(guò)WIFI模塊接收到室內(nèi)溫濕度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在手機(jī)APP的界面顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。語(yǔ)音控制是通過(guò)向語(yǔ)音模塊輸入語(yǔ)音指令進(jìn)行家電控制，語(yǔ)音指令分別是：打開(kāi)或者關(guān)閉空調(diào)、打開(kāi)或者關(guān)閉制冷和打開(kāi)或者關(guān)閉制熱，分別對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)三個(gè)LED等的亮滅。溫濕度采集的測(cè)試是在溫度20-30攝氏度的室內(nèi)進(jìn)行。手機(jī)APP控制和語(yǔ)音控制的測(cè)試是分不同的距離進(jìn)行的，進(jìn)而測(cè)出來(lái)手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制最遠(yuǎn)距離和語(yǔ)音控制最佳距離。5.1.2測(cè)試步驟（1）分別在2cm、5cm、10cm、50cm、100cm處測(cè)試語(yǔ)音識(shí)別模塊對(duì)設(shè)定的語(yǔ)音指令的具體識(shí)別能力，每一段距離進(jìn)行二十次左右的測(cè)試。（2）分別在1m、10m、100m、300m、1000m處測(cè)試WiFi無(wú)線通信模塊對(duì)設(shè)置的熱點(diǎn)及路由器發(fā)射的信號(hào)的接受能力，每一段距離進(jìn)行二十次左右的測(cè)試。5.1.3測(cè)試結(jié)果及其分析一、語(yǔ)音識(shí)別控制測(cè)試本設(shè)計(jì)在對(duì)語(yǔ)音控制LED燈（家用電器）亮滅的測(cè)試過(guò)程中，每處距離加起來(lái)總共進(jìn)行了一百次測(cè)試，具體測(cè)試結(jié)果如下表5-1所示。通過(guò)對(duì)這些失誤原因的具體分析得到的原因有以下兩方面：一、因?yàn)榻?jīng)濟(jì)原因購(gòu)買到的語(yǔ)音識(shí)別模塊精準(zhǔn)度不是非常的高；二、在語(yǔ)音模塊的軟件設(shè)計(jì)中將咪頭的識(shí)別距離調(diào)的過(guò)短，受模塊本身限制，咪頭的識(shí)別距離越長(zhǎng)，識(shí)別精度越低。因此，由測(cè)試結(jié)果及誤差分析可知，本設(shè)計(jì)的各個(gè)模塊的選擇設(shè)計(jì)基本已符合要求，一般不會(huì)出現(xiàn)控制操作失誤的狀況。表5-1語(yǔ)音控制測(cè)試結(jié)果測(cè)試距離（cm）251050100測(cè)試次數(shù)（次）2020202020成功次數(shù)（次）2019201610測(cè)試成功率（%）100951008050具體測(cè)試結(jié)果現(xiàn)象如下：當(dāng)向語(yǔ)音識(shí)別模塊說(shuō)出打開(kāi)空調(diào)的語(yǔ)音指令后，藍(lán)燈亮，表示空調(diào)已經(jīng)開(kāi)啟，語(yǔ)音控制開(kāi)啟空調(diào)的功能演示圖如圖5-2所示；在空調(diào)開(kāi)啟的情況下，說(shuō)出打開(kāi)制冷的語(yǔ)音指令后，綠燈亮，表示空調(diào)的制冷已經(jīng)開(kāi)啟，語(yǔ)音控制開(kāi)啟空調(diào)制冷的功能演示圖如圖5-3所示；在空調(diào)制冷開(kāi)啟的情況下，說(shuō)出打開(kāi)制熱的語(yǔ)音指令后，綠燈滅，紅燈亮，表示空調(diào)的制冷關(guān)閉，制熱已經(jīng)開(kāi)啟，語(yǔ)音控制開(kāi)啟空調(diào)制熱的功能演示圖如圖5-4所示。圖5-2語(yǔ)音控制開(kāi)啟空調(diào)的功能演示圖圖5-3語(yǔ)音控制開(kāi)啟空調(diào)制冷的功能演示圖圖5-4語(yǔ)音控制開(kāi)啟空調(diào)制冷的功能演示圖二、手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制測(cè)試在本設(shè)計(jì)中，對(duì)手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制LED燈（家用電器）亮滅的測(cè)試過(guò)程中，每處距離加起來(lái)總共進(jìn)行了大約一百次測(cè)試，具體測(cè)試結(jié)果如下表5-2所示。通過(guò)對(duì)以下表格的分析可知，只有在50m和150m處測(cè)試失敗，其余距離都是100%的成功率。通過(guò)大量的查閱料，反復(fù)實(shí)驗(yàn)得出，這兩次的測(cè)試失敗可能是因?yàn)楫?dāng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)不佳導(dǎo)致的。故總的來(lái)說(shuō)，本設(shè)計(jì)的手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制的設(shè)計(jì)方案大致是可行的。表5-1手機(jī)APP控制測(cè)試結(jié)果測(cè)試距離（m）11050100150測(cè)試次數(shù)（次）2020202020成功次數(shù)（次）2020192019測(cè)試成功率（%）1001009510095具體測(cè)試結(jié)果現(xiàn)象如下圖：當(dāng)手機(jī)APP按下連接后，綠燈和藍(lán)燈同時(shí)亮然后同時(shí)熄滅，表示W(wǎng)IFI已經(jīng)連接，同時(shí)手機(jī)APP屏幕上顯示室內(nèi)溫濕度數(shù)值，手機(jī)APP控制連接WIFI的功能演示圖如圖5-5所示；當(dāng)連接到WIFI后，按下打開(kāi)空調(diào)，綠燈亮，表示已經(jīng)開(kāi)啟空調(diào)，手機(jī)APP控制開(kāi)啟空調(diào)的功能演示圖如圖5-6所示；在空調(diào)開(kāi)啟的情況下，按下打開(kāi)制冷，綠燈亮，表示空調(diào)的制冷已經(jīng)開(kāi)啟，語(yǔ)音控制開(kāi)啟空調(diào)制冷的功能演示圖如圖5-7所示；在空調(diào)制冷開(kāi)啟的情況下，按下打開(kāi)制熱，綠燈滅，紅燈亮，表示空調(diào)的制冷關(guān)閉，制熱已經(jīng)開(kāi)啟，語(yǔ)音控制開(kāi)啟空調(diào)制熱的功能演示圖如圖5-8所示。圖5-5手機(jī)APP控制連接WIFI的功能演示圖圖5-6手機(jī)APP控制開(kāi)啟空調(diào)的功能演示圖圖5-7手機(jī)APP控制開(kāi)啟制冷的功能演示圖圖5-8手機(jī)APP控制開(kāi)啟制熱的功能演示圖5.2不足之處及其解決途徑本次設(shè)計(jì)中，大部分預(yù)期實(shí)現(xiàn)的功能已基本實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)三組LED燈（模擬空調(diào)部分功能）亮滅的兩種控制方式，分別是語(yǔ)音識(shí)別控制和手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制（電腦也可以）。通過(guò)測(cè)試，及對(duì)測(cè)試結(jié)果總結(jié)的數(shù)據(jù)和表格的分析可知，手機(jī)APP控制已經(jīng)十分穩(wěn)定。只有語(yǔ)音識(shí)別控制功能，需要在一定的距離內(nèi)才能保證特定語(yǔ)音指令識(shí)別的準(zhǔn)確性，稍微遠(yuǎn)的地方進(jìn)行語(yǔ)音控制會(huì)出現(xiàn)一定的失誤，主要是因?yàn)楫?dāng)?shù)胤?wù)器不穩(wěn)定及購(gòu)買的芯片誤差的原因。不足之處：由于制作人對(duì)WIFI模塊的學(xué)習(xí)不足以及時(shí)間不夠充裕，將本設(shè)計(jì)中的上位機(jī)和下位機(jī)集成在一起，沒(méi)能實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音遠(yuǎn)程控制，但是手機(jī)終端控制及監(jiān)測(cè)等功能不受影響。對(duì)于本設(shè)計(jì)中沒(méi)有實(shí)現(xiàn)的功能，本人將不斷學(xué)習(xí)，爭(zhēng)取早日解決問(wèn)題。

結(jié)束語(yǔ)經(jīng)過(guò)四五個(gè)月的不斷學(xué)習(xí)，不斷努力，終于在答辯前達(dá)到了學(xué)院的論文設(shè)計(jì)要求。為了提高自己學(xué)習(xí)能力，在選題時(shí)選擇了以STM32單片機(jī)為主控制器，而沒(méi)有選擇最熟悉的51單片機(jī)，所以在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一直抱著一個(gè)學(xué)習(xí)的態(tài)度。本設(shè)計(jì)研究主要內(nèi)容是基于語(yǔ)音控制的智能家居系統(tǒng)，該智能家居系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)、手機(jī)端APP遠(yuǎn)程控制家用電器（空調(diào)）以及語(yǔ)音遠(yuǎn)程控制家用電器（空調(diào)）功能，其中語(yǔ)音識(shí)別模塊選擇LD3320語(yǔ)音模塊、無(wú)線通信模塊選擇ESP8266WiFi模塊、溫濕度模塊選擇DHT11溫濕度傳感器模塊。通過(guò)對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行電路設(shè)計(jì)以及程序設(shè)計(jì)，制作出智能家居的實(shí)物。在已完成的實(shí)物中，該智能家居系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）手機(jī)APP遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫濕度；（2）手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制家用電器（空調(diào)）；（3）語(yǔ)音控制家用電器（空調(diào)）；由于制作時(shí)間緊迫以及制作人對(duì)WIFI模塊的學(xué)習(xí)不足，通過(guò)WiFi進(jìn)行語(yǔ)音遠(yuǎn)程控制家用電器的功能未能實(shí)現(xiàn)，還需進(jìn)一步完善。致謝時(shí)光荏苒，歲月如梭。大學(xué)四年的時(shí)間，眨眼間流過(guò)，入學(xué)時(shí)的畫面還歷歷在目，眨眼間現(xiàn)在居然畢業(yè)設(shè)計(jì)都已經(jīng)完成了。很榮幸在大學(xué)四年能遇到這么好的導(dǎo)師，這么多志同道合的好同學(xué)、好朋友。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的前期工作時(shí)，因?yàn)檎跍?zhǔn)備考研，所以在選題、任務(wù)書(shū)和開(kāi)題報(bào)告的書(shū)寫都落后別人一大截。但是高老師并沒(méi)有因此而放棄我，反而認(rèn)真細(xì)心地幫助我選擇合適的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目。在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，高老師從來(lái)沒(méi)有因?yàn)樵谖覀冋?qǐng)教問(wèn)題的時(shí)候他太忙，而不給予我們幫助，而是會(huì)細(xì)心地幫我們解答我們所遇到的各種問(wèn)題。此外，也要對(duì)舍友們無(wú)盡的寬容和理解表示感謝。從大一到大三時(shí)從來(lái)沒(méi)有接觸過(guò)STM系列的單片機(jī)，所以一有問(wèn)題就會(huì)追著宿舍里的大神問(wèn)，可能有時(shí)候問(wèn)的讓他感到實(shí)在有點(diǎn)不耐煩，他雖然臉上有點(diǎn)不耐煩，但是他仍然會(huì)一絲不茍的回答你的問(wèn)題。因?yàn)樵谇捌谝獪?zhǔn)備考研，所以進(jìn)度比較慢，在做完畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)物都已經(jīng)是四月末了。因此在趕論文的時(shí)候經(jīng)常要連夜碼字，舍友從來(lái)沒(méi)有因?yàn)槲彝砩稀芭九尽钡拇a字聲，有過(guò)半點(diǎn)埋怨，反而在我說(shuō)盡量碼字聲音小一點(diǎn)時(shí)，讓我不用擔(dān)心他們。能在大學(xué)四年認(rèn)識(shí)到他們，是我這輩子遇到的最幸運(yùn)的事情。天下有不散的宴席，再過(guò)兩個(gè)月就要分道揚(yáng)鑣了，不管我的舍友們?cè)谑澜绲哪囊粋€(gè)角落，離自己有多遙遠(yuǎn)，大學(xué)四年與他們生活的點(diǎn)點(diǎn)滴滴永遠(yuǎn)會(huì)是我內(nèi)心最珍貴的畫面。作為一名自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，我很榮幸，能夠遇到這么多的好老師，好同學(xué)。既然當(dāng)初選擇了自動(dòng)化，就不會(huì)后悔。不管日后遇到什么困難，都會(huì)