基于语音控制的智能家电

null基于语音控制的智能家电指导教师：鹿浩基于语音控制的智能家电班级：2011级电路与系统 学生：张芳玲 李春娟 学号：1130701020 1130701021 系统的背景及意义 背景 智能家居是IT技术(特别是计算机技术)、网络技术、控制技术向传统家电产业渗透发展的必然结果。近年来信息化的高度发展，通信的自由化与高层次化，业务量的急速增加与人类对居住环境的节能性、安全性、舒适性、效率性要求的提高，造成家居智能化的需求大为增加。 系统的背景及意义系统的背景及意义意义 家庭智能化系统为用户提供集中或者异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的协调。与普通家电相比，智能家电不仅具有传统的家电功能，还能根据人们的语音指挥，由原来的被动静止结构转变为具有主动识别语音执行的智慧工具，让家居生活更加舒适、安全、有效，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性、舒适性。 系统的背景及意义系统结构和主要设计系统结构和主要设计 需求 总体设计 硬件设计 软件设计 系统需求分析系统需求分析 随着科技的发展，越来越多的智能家居产品进入人们的家庭，如何对它们进行简单、有效的控制是摆在人们面前的一个难题。另一方面，人们渴望用电话在需要时远程控制各种家电以方便生活之需。目前，针对智能家居的远程控制往往采用类似于计算机网络的分层体系结构，成本较高。由于家电控制网络传送的信息量是很少的，不必像计算机网络那样进行分层设计，故结合语音识别技术、ＰＳＴＮ等实现了智能家居的本地及远程控制。 系统设计任务及实现功能系统设计任务及实现功能 基于对嵌入式系统设计与应用的学习，设计一个语音控制的智能家电系统。利用麦克风和电话机等终端结合蓝牙等无线通信技术，对电视机、热水器、电冰箱、空调等家用电器进行本地控制和远程控制。通过中央处理器采集家庭内部电器的工作状态以方便用户进行控制，提高电器的管理应用效率，节约家用能源的开支。 设计中需要解决的问题设计中需要解决的问题家电互连问题 采用何种技术使不同家电之间能够互相识别，协同工作； 家电网络的控制问题 如何实现家电网络的语音控制；如何通过移动通信设备对家电网络进行远程控制总体设计总体设计无线收发器网络家电宿主机电器1电器2电器3电器4无线收发器家居控 制系统本地语音信号输入公共电 话网络远程语音信号输入 基于语音的家电控制系统，通过话筒和电话机采集语音信号，经过中央控制系统的处理，通过无线收发器向带控制系统发出控制信息。硬件设计----总体框图硬件设计----总体框图 整个智能家电控制系统硬件框图如下图所示，Flash用于静态存储系统内核镜像、根文件系统等数据；SDRAM可以作为系统运行的内存设备；蓝牙设备通过RS232串口连接到核心板上；PSTN模块通过IIS连接到ARM芯片上。 JTAG是程序调试接口；蓝牙模块负责家庭内部网络的构建于信息交互。 硬件设计----处理器选择硬件设计----处理器选择 主控制器选择ARMS3C2410芯片 ARM处理器具有体积小、低功耗、低成本和高性能等优点，能够满足本系统所要完成的功能。本选择基于ARM920T内核的32位嵌入式微处理器S3C2410。该芯片本身集成了包括存储器接口、通信接口 (USB、RS232)、A/D、JTAG等在内的丰富的硬件资源，可简化外围设备与微处理器的硬件连接程度，提高系统的稳定性、可靠性。硬件设计----关键技术硬件设计----关键技术 语音采集模块 语音输入采用麦克风实现，采集到的语音首先经过预处理，预处理包括功率放大，自增益控制电路，低通滤波器和A/D变换电路。通过语音识别函数库来实现语音识别功能。特征提取语音特征模型匹配检验特征提取语音输入语音输入训练阶段识别阶段硬件设计----关键技术硬件设计----关键技术 语音模块的硬件选择 自增益控制电路采用M51304L芯片实现；低通滤波器采用Butterworth低通滤波器；预加重电路采用集成运算放大器来实现。A/D转换电路采用UDA1341芯片，通过S3C2410的IIS接口与处理器相连。硬件设计----关键技术硬件设计----关键技术 PSTN模块 PSTN模块主要由主控芯片电路、语音模块电路、振铃检测电路、摘挂机电路、双音频信号收发器电路、输出放大电路和输入放大电路等部分组成。这里主要用来实现通过移动通信设备对家电的远程控制。硬件设计----关键技术硬件设计----关键技术 PSTN模块----振铃检测电路 硬件设计----关键技术硬件设计----关键技术 PSTN模块----自动摘挂机电路 硬件设计----关键技术硬件设计----关键技术 蓝牙模块 我们采用蓝牙将室内家电连接成内部网络。主机与主机控制器之间通过的物理总线接口串行总线USB、串行端口RS232等连接，主机通过主机控制器接口（HCI）访问蓝牙硬件。主机控制器接口(HCI)分为HCI固件和HCI驱动两部分。HCI固件位于主控制器；HCI驱动位于主机。 选用爱立信公司的蓝牙芯片ROK101008，芯片包括基带控制器、无线收发器、闪存等功能块，还可提供高至HCI层的功能。硬件设计----关键技术硬件设计----关键技术 存储模块 FLASH：K9F1208是Samsung公司生产的一 款512Mb(64MX8位 )NANDFlash存 储器。 SDRAM：现代公司的两片数据宽度为16Mx16位 的SDRAM芯片HY57V561620BT-H嵌入式操作系统的选择 嵌入式操作系统的选择 选择Linux作为嵌入式操作系统 Linux具有免费、开源、功能强大、性能优越等正在嵌入式开发领域稳步发展。它具有多任务虚拟内存、内置网络支持及可剪裁和定制等特点Linux很适合作为智能家居的操作系统。所以系统运行平台选用操作系统内核Linux。内核版选用Linux2.6.14版本，该内核版本支持S3C2410芯片，且性能稳定，移植方案相对成熟，能够很好的满足本课题的要求。软件设计软件设计要实现家电（空调、热水器等）的语音控制以及远程开关控制 ，必须对设备进行编号，设计规范的查询控制的命令格式，才 能进行正确地监控家电设备。在一般家庭中电器类型有以下几 种： 1、空调 2、热水器 3、电视 4、照明 设备的控制命令设计为如下格式： 监控命令格式：命令分类+设备序号+设备状态。 命令分类是指查询命令中的查询分类，控制命令中的分类，如 0表示关、1表示开；设备序号是指家电设备的编号；设备状态 是在查询和控制动作的返回结果软件设计软件设计 根据系统功能将任务划分为语音控制任务、电 话查询控制任务等任务，本章主要针对这2个任务 进行设计分析，编程设计分为： 1、主函数设计 2、语音控制任务 3、PSTN电话查询控制任务 软件设计----任务状态切换图软件设计----任务状态切换图 软件设计----主程序设计软件设计----主程序设计 软件设计----相关定义软件设计----相关定义/******************任务优先级定义***************/ #define phone_prio 5 #define yuyin_prio 4 /****************** 任务堆栈定义 ***************/ #define STACKSIZE 50 OS_STK Phone_Stack[STACKSIZE]={0, }; //Phone_Task堆栈 OS_STK yuyin_Stack[STACKSIZE]={0, }; //GSM_Task堆栈 /****************** 任务定义 ***************/ Void Phone_task(void*ld); Void yuyin_task(void*ld); 软件设计----语音控制任务软件设计----语音控制任务语音控制任务是 指处理器收到语 音信息时，对其 进行识别并完成 相应家电的控制 的过程。开始查询串口有无语音输入语音识别控制设备选择蓝牙配对发出控制信号播报设备状态任务挂起NY软件设计----PSTN电话查询任务软件设计----PSTN电话查询任务PSTN电话查询任 务是指在有电话接 入时，处理器通过 按键内容判断处理 方式。总结 本方案采用ARM芯片S3C2410作为智能家电的主控制器，并结合语音识别技术和蓝牙技术设计了基于语音控制的智能家电系统。设计中采用中央控制器的模式，通过蓝牙来控制各电器设备。本地使用麦克风来实现语音采集，远程控制采用PSTN技术来实现远程控制。 采用语音控制，让家电变得更加智慧，利用PSTN来实现远程控制，节约成本，设计方便。中央控制器和蓝牙技术的运用，实现了家电的网络化，嵌入式技术的采用，使得系统具有结构简单、软件编程容易、可移植性强，性价比高的优势。