語音無線控制型智能家居照明系統(tǒng)

賈赟 劉天宇 奚志豪 楊果 陳倩倩 許鵬

摘 要：語音無線控制型智能家居照明系統(tǒng)，本設計采用以微處理器STM32核心板結合語音識別和播放模塊作為控制管理中心，通過ZigBee無線網(wǎng)絡傳輸，并以ZigBee模塊作為執(zhí)行終端，實現(xiàn)根據(jù)控制信息來無線智能控制電燈、電器開關等各種實用功能，達到使酒店客房的住客生活更高質、更舒適、更便捷的目標。

關鍵詞：智能照明；酒店客房；語音控制；無線組網(wǎng)

中圖分類號：TP273 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）13-0046-02

Abstract： The design of intelligent home lighting system based on voice wireless control adopts microprocessor STM32 core board combined with speech recognition and playback module as control management center， transmits through ZigBee wireless network， and uses ZigBee module as executive terminal. According to the control information to achieve wireless intelligent control of lights， electrical switches and other practical functions， to achieve the goal that the hotel guest room has higher living quality and is more comfortable and convenient.

Keywords： intelligent lighting； hotel rooms； voice control； wireless networking

1 概述

在人們的日常生活中，照明系統(tǒng)處處都起著至關重要的作用，它使得人們的工作時間得以延長，工作范圍得以延伸，多樣化的燈光效果還可以滿足不同的環(huán)境需要等。因此，智能照明系統(tǒng)不僅使得生產(chǎn)力得以提高，還可以為人們的生活添彩，為人們營造更加舒適、便利的生活工作環(huán)境。當今，智能家居照明系統(tǒng)研究十分火熱，然而大多數(shù)公司設計的產(chǎn)品價格昂貴，且大多需要手持端或移動終端的支持，在某些場合是其不方便的。

與普通家庭住房不同，賓館以及酒店的客房因為結構和裝潢的一致性，更加容易引入智能家居系統(tǒng)。然而目前，真正的智慧酒店依然是鳳毛麟角，許多的酒店仍然采用傳統(tǒng)的方式在管理和運行。

本項目以客房作為研究對象，摒棄如今大多數(shù)以遙控器或者移動終端為控制端的做法，而將語音識別與播放技術引入，并采用ZigBee無線組網(wǎng)技術實現(xiàn)在客房各個位置都可以用語音控制所有照明、插座及窗簾等，形成一種全方位、互動型的控制系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)框架

該系統(tǒng)可分為嵌入式主控模塊和ZigBee控制終端兩大部分，如圖1所示。主控模塊核心處理器為STM32，外接SYN6588語音合成模塊用于語音播放相關用戶提示指令；ZigBee控制終端的ZigBee協(xié)調器節(jié)點用于建立ZigBee無線個人局域網(wǎng)，并實現(xiàn)各個ZigBee路由器節(jié)點與主控制器之間數(shù)據(jù)或指令通信的中轉，各個ZigBee路由器節(jié)點負責加入?yún)f(xié)調器創(chuàng)建的網(wǎng)絡并根據(jù)主控制器的指令控制外設的工作狀態(tài)。

3 系統(tǒng)硬件設計

3.1 核心處理及顯示模塊

該項目采用STM32F407核心板，該核心板是一款基于ARMCortex-M4F內核的高性能的32位微處理器，其擁有1024K FLASH、192+4K SRAM、5個UART接口、21個ADC通道以及112個IO端口。在核心板上配置TFT觸摸屏，用于顯示時間日期，語音命令的顯示，以及手動模式和語音模式的選擇等等。

3.2 語音識別及合成模塊

語音識別模塊選用LD3320的免編程非特定人語音識別模塊，用于對本項目三級語音指令的接收，該模塊工作在3.3～5V電壓下，其中兩個LED燈，紅色指示電源狀態(tài)，綠色指示識別狀態(tài)。語音合成模塊選用SYN6588，通過UART接口或SPI接口通訊方式，接收待合成的文本數(shù)據(jù)，實現(xiàn)文本到語音（或TTS語音）的轉換，用于語音播放相關用戶提示指令。

3.3 無線組網(wǎng)及執(zhí)行模塊

執(zhí)行端以ZigBee CC2530為核心，外加高亮LED和繼電器模塊。執(zhí)行端從ZigBee網(wǎng)絡中接收STM32主控制器發(fā)出的指令， 并做出相應的響應，實現(xiàn)特定的功能。CC2530是一個兼容IEEE 802.15.4的真正的片上系統(tǒng)，支持專有的802.15.4市場以及ZigBee、ZigBee PRO和ZigBeeRF4CE標準。其通信數(shù)據(jù)量不大、低數(shù)據(jù)傳輸率、低成本、低功耗的特點使其在智能家居和智慧酒店的應用日益發(fā)展。LED及繼電器模塊的應用，更能突出實際應用場景的真實性。

4 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件設計主要有兩部分組成，STM32程序設計以及Zigbee組網(wǎng)程序設計。上電進入系統(tǒng)后，兩種模式供酒店住客選擇，手動模式和語音模式。在手動模式下，通過觸屏操作即可完成；在語音模式下，語音模塊通過三次指令識別成功后，通過串口發(fā)送到主控端，STM32接收語音信號并處理后，通過串口將數(shù)據(jù)傳到ZigBee的協(xié)調器，ZigBee的協(xié)調器使用自己的協(xié)議通過廣播的方式，將數(shù)據(jù)發(fā)給各個ZigBee的各個結點，Zigbee驅動繼電器，進而控制小燈的亮滅。具體流程圖如圖2所示。

5 系統(tǒng)實物效果圖

本系統(tǒng)實際完成的成品如圖3 所示。左半部分為酒店客房模擬環(huán)境，右半部分為實際硬件模塊。

6 結束語

本文設計了一款應用于酒店客房的語音無線控制型智能照明系統(tǒng)，相比于傳統(tǒng)的酒店管理方法及如今廣泛使用的手機APP控制照明相比更加方便，易于操作。采用低功耗，低成本的Zigbee通信組網(wǎng)技術，免去酒店照明組網(wǎng)布線的煩惱，照明設備只需接通電源即可。該系統(tǒng)應用于酒店的話，不僅為酒店節(jié)約成本，提高競爭力，更為酒店住客提供了一個方便舒適度的住宿體驗。

參考文獻：

[1]付蔚，唐鵬光，李倩.智能家居語音控制系統(tǒng)的設計[J].自動化儀表，2014，35（01）：46-50.

[2]余超，羅純，黃伍成.基于LD3320的語音控制照明系統(tǒng)的設計[J].湖南理工學院學報（自然科學版），2015，28（03）：48-51.

[3]王瑞，袁歡，張先鶴.語音控制的家庭照明系統(tǒng)的設計[J].湖北師范學院學報（自然科學版），2015，35（02）：68-71.

[4]羅貴舟，熊曉東.基于LD3320的智能LED照明系統(tǒng)研究[J].電子世界，2017（02）：182-183+186.

[5]李守容.智能家居系統(tǒng)設計分析[J].科技創(chuàng)新導報，2012（15）.

[6]陳喜春.基于LD3320語音識別專用芯片實現(xiàn)的語音控制[J].電子技術，2011（11）.

[7]周芳媛.基于zigbee技術的智能家居系統(tǒng)設計[D].大連理工大學，2013.