摘 要:本文設(shè)計(jì)了一種基于LIN總線的語(yǔ)音控制智能家居系統(tǒng),該系統(tǒng)采取分布式控制方式,以凌陽(yáng)SPCE061A作為中央處理器,AT89S52單片機(jī)作為從機(jī)。由凌陽(yáng)SPCE061A對(duì)語(yǔ)音命令進(jìn)行識(shí)別,識(shí)別結(jié)果通過(guò)LIN總線傳給特定的從機(jī),再由從機(jī)執(zhí)行對(duì)家電的控制。語(yǔ)音識(shí)別部分采用特定人識(shí)別和命令分層技術(shù),系統(tǒng)對(duì)家庭的各個(gè)成員語(yǔ)音命令進(jìn)行采樣、存儲(chǔ),從而實(shí)現(xiàn)家庭各個(gè)成員的語(yǔ)音識(shí)別。
關(guān)鍵詞:智能家居 分布式控制 語(yǔ)音識(shí)別 LIN總線 命令分層
中圖分類號(hào):TN912 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2011)03(b)-0014-01
1 引言
住宅智能化系統(tǒng)的概念是從20世紀(jì)70年代末起源于美國(guó),隨后,在歐洲、日本等國(guó)也得到了飛速發(fā)展。智能家居是通過(guò)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)總線和控制平臺(tái)將家庭的電器設(shè)備連成一體。目前智能家居控制仍處于遙控式和集中控制式階段,智能化程度不高,錯(cuò)誤處理能力弱。在未來(lái),其發(fā)展趨勢(shì)將傾向于語(yǔ)音控制及分布式控制。與集中式控制相比,分布式控制不僅能減少布線,而且能提高系統(tǒng)的可靠性,當(dāng)某一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí),只需將該節(jié)點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò)中去除,而其它節(jié)點(diǎn)不受影響。
本智能家居系統(tǒng)采用語(yǔ)音控制系統(tǒng),分布式LIN總線傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸信息,錯(cuò)誤率低,各節(jié)點(diǎn)獨(dú)立控制,單個(gè)錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)不會(huì)影響到整套網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。采用樹(shù)形的分層識(shí)別技術(shù),不僅擴(kuò)展了系統(tǒng)的可識(shí)別人數(shù),而且也起到防盜作用。通過(guò)匯編與C語(yǔ)言混合編程方式,提高程序的執(zhí)行效率。此外,系統(tǒng)采用上位機(jī)監(jiān)測(cè)下位機(jī)系統(tǒng)的模式,對(duì)下位機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控。
2 系統(tǒng)功能及設(shè)計(jì)原理
本系統(tǒng)分為上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了特定人模式控制家電,搭構(gòu)了LIN數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸語(yǔ)音控制命令,實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件監(jiān)控下位機(jī)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。
下位機(jī)系統(tǒng)由凌陽(yáng)SPCE061A語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)、51單片機(jī)控制電器系統(tǒng)、LIN總線收發(fā)機(jī)、鍵盤設(shè)置模塊及液晶顯示模塊組成,上位機(jī)系統(tǒng)用串口調(diào)試窗口進(jìn)行監(jiān)測(cè)。凌陽(yáng)SPCE061A語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)完
成家庭成員對(duì)電器操作的語(yǔ)音命令的識(shí)別,通過(guò)LIN總線收發(fā)機(jī)與控制從機(jī)進(jìn)行通信。系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖如圖1所示。
3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
3.1 凌陽(yáng)SPCE061A語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)
本語(yǔ)音識(shí)別模塊包括凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)最小系統(tǒng)及SPR4096外擴(kuò)FLASH模塊。凌陽(yáng)SPCE061A十六位單片機(jī)不僅內(nèi)置32kFlash,而且集成了語(yǔ)音處理模塊,高速的語(yǔ)音處理能快速地執(zhí)行控制命令。SPR4096是凌陽(yáng)公司推出一款flash芯片,其內(nèi)部具有512Kbyte的flash空間,4Kbyte的SRAM,具有并行與串行接口。該芯片通過(guò)凌陽(yáng)公司開(kāi)發(fā)的軟件,配合上位機(jī),可以將音頻數(shù)據(jù)燒錄到芯片相應(yīng)的地址單元中去,同樣,也可通過(guò)上位機(jī)將芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)讀取出來(lái)。
3.2 LIN總線收發(fā)機(jī)
本系統(tǒng)是通過(guò)LIN總線實(shí)現(xiàn)家居系統(tǒng)的終端控制,每個(gè)終端都采用89S52單片機(jī)以及一塊LIN總線收發(fā)模塊,實(shí)現(xiàn)主機(jī)對(duì)各個(gè)終端電器的控制。LIN總線收發(fā)采用TJA1020,它是LIN主/從協(xié)議控制器和LIN物理總線之間的接口。睡眠模式下,TJA1020的功率消耗非常低。
4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
4.1 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)
下位機(jī)程序設(shè)計(jì)是主要分為語(yǔ)音系統(tǒng)與LIN總線協(xié)議兩部分。在語(yǔ)音系統(tǒng)程序編寫過(guò)程中,為了提高識(shí)別率和識(shí)別速度,我們采用樹(shù)形的分層識(shí)別技術(shù),通過(guò)匯編與C語(yǔ)言混合編程方式,提高程序的執(zhí)行效率。
LIN的數(shù)據(jù)傳輸是采用報(bào)文幀的形式進(jìn)行的。一個(gè)完整的報(bào)文幀由1個(gè)主機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文頭和1個(gè)主機(jī)或從機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的響應(yīng)組成。總線網(wǎng)絡(luò)中主節(jié)點(diǎn)在一次幀通信過(guò)程中,要根據(jù)語(yǔ)音控制模塊發(fā)來(lái)的命令,在通信過(guò)程中不同的階段,將串口設(shè)置成不同波特率的發(fā)送或者接收狀態(tài),以完成報(bào)文頭間隔場(chǎng)、同步字節(jié)場(chǎng)的發(fā)送,保護(hù)標(biāo)識(shí)符字節(jié)場(chǎng)的發(fā)送,及下一個(gè)階段的接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程。
4.2 上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件設(shè)計(jì)
上位機(jī)軟件平臺(tái)主要應(yīng)用軟件串口調(diào)試工具,打開(kāi)串口模塊實(shí)現(xiàn)從串行接收獲得下位機(jī)的狀態(tài),主要包括波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位數(shù)、奇偶校驗(yàn)、發(fā)送緩沖區(qū)大小、接受緩沖區(qū)大小等,打開(kāi)串口后,從串口讀取數(shù)據(jù)再經(jīng)過(guò)處理后顯示到編輯框中,也可通過(guò)設(shè)置,導(dǎo)出處理數(shù)據(jù),可以將記錄的數(shù)據(jù)保存到Excel表格中,以方面查詢,打印。保存數(shù)據(jù)模塊可以將記錄的數(shù)據(jù)保存到Access數(shù)據(jù)庫(kù)中,方便對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作。
5 結(jié)語(yǔ)
本系統(tǒng)綜合運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)等專業(yè)知識(shí),對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行了研究。在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的過(guò)程中,緊密結(jié)合智能化家居的實(shí)際發(fā)展情況,綜合其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),大膽提出設(shè)想,通過(guò)語(yǔ)音控制和獨(dú)特的總線方式,完成了對(duì)家居系統(tǒng)的控制,通過(guò)鍵盤設(shè)定再訓(xùn)練的功能。通過(guò)軟件的創(chuàng)新,采用樹(shù)形分層模式編寫命令,提高軟件執(zhí)行力。但由于條件限制,本系統(tǒng)只在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行了原理性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)表明:控制成功率與環(huán)境、說(shuō)話者、麥克風(fēng)的靈敏度等因素相關(guān),然而無(wú)論是在安靜還是嘈雜的環(huán)境下,3m范圍內(nèi)的識(shí)別成功率都能達(dá)到95%以上。相信通過(guò)適當(dāng)改造,該系統(tǒng)具有一定的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
[1] 實(shí)驗(yàn)箱指導(dǎo)書上冊(cè).凌陽(yáng)大學(xué)科技計(jì)劃編著http://www.unsp.com.cn.
[2] 實(shí)驗(yàn)箱指導(dǎo)書下冊(cè).凌陽(yáng)大學(xué)科技計(jì)劃編著http://www.unsp.com.cn.
[3] 康華光主編.電子技術(shù)基礎(chǔ).模擬部分.北京:高等教育出版社,2006.1.
[4] 靳希,董立駿,屈克慶.LIN總線技術(shù)及其應(yīng)用研究.電子產(chǎn)品世界,2008,03.
[5] 顏?zhàn)杂?王輝堂,金凱鑫,陳文薌.LIN總線及其在智能家居控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù),2006,03.
關(guān)鍵詞:智能家居 分布式控制 語(yǔ)音識(shí)別 LIN總線 命令分層
中圖分類號(hào):TN912 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2011)03(b)-0014-01
1 引言
住宅智能化系統(tǒng)的概念是從20世紀(jì)70年代末起源于美國(guó),隨后,在歐洲、日本等國(guó)也得到了飛速發(fā)展。智能家居是通過(guò)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)總線和控制平臺(tái)將家庭的電器設(shè)備連成一體。目前智能家居控制仍處于遙控式和集中控制式階段,智能化程度不高,錯(cuò)誤處理能力弱。在未來(lái),其發(fā)展趨勢(shì)將傾向于語(yǔ)音控制及分布式控制。與集中式控制相比,分布式控制不僅能減少布線,而且能提高系統(tǒng)的可靠性,當(dāng)某一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí),只需將該節(jié)點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò)中去除,而其它節(jié)點(diǎn)不受影響。
本智能家居系統(tǒng)采用語(yǔ)音控制系統(tǒng),分布式LIN總線傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸信息,錯(cuò)誤率低,各節(jié)點(diǎn)獨(dú)立控制,單個(gè)錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)不會(huì)影響到整套網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。采用樹(shù)形的分層識(shí)別技術(shù),不僅擴(kuò)展了系統(tǒng)的可識(shí)別人數(shù),而且也起到防盜作用。通過(guò)匯編與C語(yǔ)言混合編程方式,提高程序的執(zhí)行效率。此外,系統(tǒng)采用上位機(jī)監(jiān)測(cè)下位機(jī)系統(tǒng)的模式,對(duì)下位機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控。
2 系統(tǒng)功能及設(shè)計(jì)原理
本系統(tǒng)分為上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了特定人模式控制家電,搭構(gòu)了LIN數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸語(yǔ)音控制命令,實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件監(jiān)控下位機(jī)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。
下位機(jī)系統(tǒng)由凌陽(yáng)SPCE061A語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)、51單片機(jī)控制電器系統(tǒng)、LIN總線收發(fā)機(jī)、鍵盤設(shè)置模塊及液晶顯示模塊組成,上位機(jī)系統(tǒng)用串口調(diào)試窗口進(jìn)行監(jiān)測(cè)。凌陽(yáng)SPCE061A語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)完
成家庭成員對(duì)電器操作的語(yǔ)音命令的識(shí)別,通過(guò)LIN總線收發(fā)機(jī)與控制從機(jī)進(jìn)行通信。系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖如圖1所示。
3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
3.1 凌陽(yáng)SPCE061A語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)
本語(yǔ)音識(shí)別模塊包括凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)最小系統(tǒng)及SPR4096外擴(kuò)FLASH模塊。凌陽(yáng)SPCE061A十六位單片機(jī)不僅內(nèi)置32kFlash,而且集成了語(yǔ)音處理模塊,高速的語(yǔ)音處理能快速地執(zhí)行控制命令。SPR4096是凌陽(yáng)公司推出一款flash芯片,其內(nèi)部具有512Kbyte的flash空間,4Kbyte的SRAM,具有并行與串行接口。該芯片通過(guò)凌陽(yáng)公司開(kāi)發(fā)的軟件,配合上位機(jī),可以將音頻數(shù)據(jù)燒錄到芯片相應(yīng)的地址單元中去,同樣,也可通過(guò)上位機(jī)將芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)讀取出來(lái)。
3.2 LIN總線收發(fā)機(jī)
本系統(tǒng)是通過(guò)LIN總線實(shí)現(xiàn)家居系統(tǒng)的終端控制,每個(gè)終端都采用89S52單片機(jī)以及一塊LIN總線收發(fā)模塊,實(shí)現(xiàn)主機(jī)對(duì)各個(gè)終端電器的控制。LIN總線收發(fā)采用TJA1020,它是LIN主/從協(xié)議控制器和LIN物理總線之間的接口。睡眠模式下,TJA1020的功率消耗非常低。
4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
4.1 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)
下位機(jī)程序設(shè)計(jì)是主要分為語(yǔ)音系統(tǒng)與LIN總線協(xié)議兩部分。在語(yǔ)音系統(tǒng)程序編寫過(guò)程中,為了提高識(shí)別率和識(shí)別速度,我們采用樹(shù)形的分層識(shí)別技術(shù),通過(guò)匯編與C語(yǔ)言混合編程方式,提高程序的執(zhí)行效率。
LIN的數(shù)據(jù)傳輸是采用報(bào)文幀的形式進(jìn)行的。一個(gè)完整的報(bào)文幀由1個(gè)主機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文頭和1個(gè)主機(jī)或從機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的響應(yīng)組成。總線網(wǎng)絡(luò)中主節(jié)點(diǎn)在一次幀通信過(guò)程中,要根據(jù)語(yǔ)音控制模塊發(fā)來(lái)的命令,在通信過(guò)程中不同的階段,將串口設(shè)置成不同波特率的發(fā)送或者接收狀態(tài),以完成報(bào)文頭間隔場(chǎng)、同步字節(jié)場(chǎng)的發(fā)送,保護(hù)標(biāo)識(shí)符字節(jié)場(chǎng)的發(fā)送,及下一個(gè)階段的接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程。
4.2 上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件設(shè)計(jì)
上位機(jī)軟件平臺(tái)主要應(yīng)用軟件串口調(diào)試工具,打開(kāi)串口模塊實(shí)現(xiàn)從串行接收獲得下位機(jī)的狀態(tài),主要包括波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位數(shù)、奇偶校驗(yàn)、發(fā)送緩沖區(qū)大小、接受緩沖區(qū)大小等,打開(kāi)串口后,從串口讀取數(shù)據(jù)再經(jīng)過(guò)處理后顯示到編輯框中,也可通過(guò)設(shè)置,導(dǎo)出處理數(shù)據(jù),可以將記錄的數(shù)據(jù)保存到Excel表格中,以方面查詢,打印。保存數(shù)據(jù)模塊可以將記錄的數(shù)據(jù)保存到Access數(shù)據(jù)庫(kù)中,方便對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作。
5 結(jié)語(yǔ)
本系統(tǒng)綜合運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)等專業(yè)知識(shí),對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行了研究。在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的過(guò)程中,緊密結(jié)合智能化家居的實(shí)際發(fā)展情況,綜合其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),大膽提出設(shè)想,通過(guò)語(yǔ)音控制和獨(dú)特的總線方式,完成了對(duì)家居系統(tǒng)的控制,通過(guò)鍵盤設(shè)定再訓(xùn)練的功能。通過(guò)軟件的創(chuàng)新,采用樹(shù)形分層模式編寫命令,提高軟件執(zhí)行力。但由于條件限制,本系統(tǒng)只在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行了原理性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)表明:控制成功率與環(huán)境、說(shuō)話者、麥克風(fēng)的靈敏度等因素相關(guān),然而無(wú)論是在安靜還是嘈雜的環(huán)境下,3m范圍內(nèi)的識(shí)別成功率都能達(dá)到95%以上。相信通過(guò)適當(dāng)改造,該系統(tǒng)具有一定的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
[1] 實(shí)驗(yàn)箱指導(dǎo)書上冊(cè).凌陽(yáng)大學(xué)科技計(jì)劃編著http://www.unsp.com.cn.
[2] 實(shí)驗(yàn)箱指導(dǎo)書下冊(cè).凌陽(yáng)大學(xué)科技計(jì)劃編著http://www.unsp.com.cn.
[3] 康華光主編.電子技術(shù)基礎(chǔ).模擬部分.北京:高等教育出版社,2006.1.
[4] 靳希,董立駿,屈克慶.LIN總線技術(shù)及其應(yīng)用研究.電子產(chǎn)品世界,2008,03.
[5] 顏?zhàn)杂?王輝堂,金凱鑫,陳文薌.LIN總線及其在智能家居控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù),2006,03.
