一種語音控制的智能風(fēng)扇系統(tǒng)

廣東理工學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院 周 瑩 楊志浩 覃 鳳 倪元相

隨著智能移動(dòng)設(shè)備的普及，智能手機(jī)已成為萬物互聯(lián)的最佳接入口之一，既能夠?qū)崿F(xiàn)便捷控制，又能集中控制中心于一體。本文設(shè)計(jì)了一種結(jié)合智能手機(jī)控制與語音控制的智能風(fēng)扇系統(tǒng)，智能手機(jī)通過藍(lán)牙與控制中心通信，語音模塊通過串口與控制中心通信，并控制風(fēng)扇的開關(guān)與檔位調(diào)整等操作。經(jīng)過實(shí)際制作與調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了對于智能風(fēng)扇的控制。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用場景也在不斷地?cái)U(kuò)展，在工業(yè)方面，無人工廠和無人倉庫都已應(yīng)用，在日常生活，智能家居是目前最有潛力的應(yīng)用場所之一。近年來，短應(yīng)用于智能家居的短距離無線通信方式，包括WiFi、ZigBee和藍(lán)牙等，這些無線通信方式有著各自的特點(diǎn)。以WiFi為主的智能家居系統(tǒng)，主要通過接入無線路由器，通過WiFi傳輸信號(hào)來實(shí)現(xiàn)控制，但存在功耗高、移動(dòng)性差和接入數(shù)量受限等問題。ZigBee技術(shù)是應(yīng)用最早，最為廣泛的技術(shù)之一，但是其不適于智能手機(jī)和電腦等設(shè)備，主要應(yīng)用工業(yè)和大型公共場所。而藍(lán)牙技術(shù)具有低功耗、價(jià)格低廉、延時(shí)短等優(yōu)點(diǎn)，并且現(xiàn)有的智能移動(dòng)設(shè)備包括智能手機(jī)、平板和電腦上都自裝有藍(lán)牙模塊。加之，藍(lán)牙m(xù)esh的出現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)連接點(diǎn)多對多的控制，解決了通信距離短等問題，是目前智能家居最好的解決方案之一。

本文以智能風(fēng)扇為例，以藍(lán)牙通信的方式對家用電器進(jìn)行控制，為以藍(lán)牙m(xù)esh組網(wǎng)和云平臺(tái)為基礎(chǔ)的，立體化、數(shù)字化的智能家居系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。同時(shí)，手機(jī)控制和語音控制的方式為老年人和行動(dòng)不便的人士提供極大地便利，具有較為廣闊的應(yīng)用前景。

1 智能風(fēng)扇系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要是通過使用手機(jī)和語音系統(tǒng)來自動(dòng)控制一個(gè)電風(fēng)扇開關(guān)，一個(gè)電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的搖頭,一個(gè)電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等。手機(jī)的藍(lán)牙或語音模塊是將單片機(jī)的接口處IO口，藍(lán)牙模塊或語音識(shí)別模塊向單片機(jī)輸出一個(gè)高低電平的信號(hào)，然后經(jīng)由單片機(jī)轉(zhuǎn)換開關(guān)來進(jìn)行控制繼電器的啟動(dòng)，以便于達(dá)到使用手機(jī)或語音模塊經(jīng)由它們來進(jìn)行控制的繼電器風(fēng)扇。最小一個(gè)系統(tǒng)的焊接再加上一個(gè)藍(lán)牙模塊就可以組成了一個(gè)下位機(jī)，用一臺(tái)手機(jī)作為上位機(jī)，通過一臺(tái)手機(jī)的藍(lán)牙系統(tǒng)與一臺(tái)單片機(jī)之間進(jìn)行連接，便能夠通過一臺(tái)手機(jī)來控制一臺(tái)電風(fēng)扇的工作狀態(tài)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本次設(shè)初始和優(yōu)化部分工作全部完成以后，該整個(gè)系統(tǒng)首先可能需要同時(shí)啟動(dòng)一個(gè)新的藍(lán)牙耳機(jī)串口模塊通訊控制模塊，保證該系統(tǒng)藍(lán)牙串口模塊與其他移動(dòng)設(shè)備藍(lán)牙串口控制器的終端之間能夠同時(shí)完成一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)匹配。單片機(jī)通過串口進(jìn)行通信的一種工作方式是用來直接實(shí)現(xiàn)和風(fēng)扇上的藍(lán)牙控制模塊之間的自動(dòng)通信，單片機(jī)對整風(fēng)扇上的藍(lán)牙控制模塊在風(fēng)扇接收時(shí)刻所發(fā)送的控制指令信號(hào)數(shù)據(jù)首先進(jìn)行了自動(dòng)解析，然后向藍(lán)牙輸出一個(gè)自動(dòng)控制指令數(shù)據(jù)給風(fēng)扇繼電器藍(lán)牙開關(guān)，從而直接有效實(shí)現(xiàn)了對藍(lán)牙開關(guān)的自動(dòng)控制。系統(tǒng)流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)流程圖

2 主要電路設(shè)計(jì)

2.1 藍(lán)牙模塊電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的全部藍(lán)牙射頻通信外圍電路一般都是直接采用新的HC-05模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)來直接將其作為它們所設(shè)計(jì)的核心，加以外圍射頻通信電路的模塊進(jìn)行直接實(shí)現(xiàn)來完成整個(gè)系統(tǒng)的全部藍(lán)牙射頻通信外圍電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，藍(lán)牙部分的外圍電路及其整體框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 HC-05通信模塊電路圖

2.2 語音模塊電路設(shè)計(jì)

本模塊實(shí)際原理為STC89C51單片機(jī)和LD3320組合形成的一款語音識(shí)別模塊，具備16個(gè)單片機(jī)IO口的引出，可與外部單片機(jī)進(jìn)行通信交互信息亦可控制繼電器等設(shè)備，語音模塊電路原理圖如圖4所示。

圖4 語音模塊原理圖

3 系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)APP界面如圖5所示，語音按鍵代表開啟語音模式，可以通過外置麥克風(fēng)輸入指令，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)扇的控制。其他按鍵分別是代表通過手機(jī)可實(shí)現(xiàn)控制功能，手機(jī)只需打開藍(lán)牙設(shè)備，連接即可實(shí)現(xiàn)。

圖5 語音模塊原理圖