CN106530657A - 一种基于手机客户端智能家居语音控制装置及方法 - Google Patents

一种基于手机客户端智能家居语音控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于手机客户端智能家居语音控制装置及方法，包括主要包括STM32中央控制器、WIFI协调器、以太网模块、传感器模块、红外信号收发模块、射频信号收发模块、路由器、语音控制器和手机控制终端等。所述STM32中央控制器与复位模块、电源模块、以太网模块、WIFI协调器、FLASH、SDRAM、语音控制器模块通过电源线连接构成家庭网关；所述传感器模块、红外信号接收模块、射频信号接收模块与WIFI协调器通过电源线连接构成功能子模块；所述语音控制器模块包括语音识别芯片、STM32模块、CC2430模以及电源管理模块，并与家庭网关模块连接；所述移动终端为Android智能手机。本发明实现手动和语音远程监控家居设备，功能齐全，使用户的家居生活更加便捷、高效。

Description

一种基于手机客户端智能家居语音控制装置及方法
技术领域
本发明涉及智能家居控制领域，尤其是一种基于手机客户端智能家居语音控制装置及方法。
背景技术
随着社会经济水平的提高与发展，人们的生活质量也随着提高，对家居的质量要求也在不断提高。智能家居不但保持了传统家居的居住功能，而且新增了语音控制，暖通空调控制，照明控制等功能。它可以为用户提供全面的信息交换功能，使人们的生活方式更合理，更好的帮助住户，增强普通住宅的安全性，提供了更加便捷和高效节能的生活体验。其中语音控制技术的使用将“人与家居”整合在一起，让人与机器之间的交流更智能化，解放用户的双手，使用户的家居生活具备更人性化的魅力。
智能家居是家庭产品自动化、智能化的基础上通过按拟人化的要求实现的一个过程或系统，是智慧城市的基础。传统的智能家居虽然能满足基本的控制功能，但是存在功能实用性不强，成本高昂，功能单一，缺乏统一的行业标准等诸多问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提出了一种基于手机客户端智能家居语音控制装置及方法。为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明是一种基于手机客户端智能家居控制装置及方法。主要包括STM32中央控制器、WIFI协调器、以太网模块、传感器模块、红外信号收发模块、射频信号收发模块、路由器、语音控制器和手机控制终端等。所述STM32中央控制器与WIFI协调器、电源模块、以太网模块、复位模块、路由器、语音控制器通过电源线连接，与手机控制终端通过无线网络连接。
所述WIFI协调器与传感器模块、红外信号收发模块、射频信号收发模块通过电源线相连。
所述传感器模块包括温湿度传感器DHT11、烟雾传感器MQ-2、照度传感器BH1750FVI。DHT11数字温湿度传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连，用来采集房间温度、湿度等信息。烟雾传感器是烟雾报警电路的核心元件。MQ-2光敏式烟雾传感器既可监测天然气、煤气的泄漏情况，也可监测燃烧产生的烟雾，用来判断是否发生火灾。BH1750FVI是16位数字式照度传感器，测量精度高，测量时间短，具有I2C标准通信接口的芯片，输出为16位数字信号，光源依赖性弱，抗干扰能力强。
所述射频信号收发模块主要实现主机与分机的数据交互，组成家居通信网络以及RF家具电器的控制和主机对射频遥控器信号的学习功能。
所述红外信号收发模块主要实现红外家居电器的控制及主机对红外遥控器信号的学习等功能。
所述中央控制器STM32是整个系统的核心，采用半导体公司生产的32位ARM微控制器增强型芯片STM32F103。通过一些预留 I/O 接口来连接其它功能子模块，并可以在客户需要其他功能时做出设备的扩展。
所述WIFI模块采用海凌科电子科技有限公司推出HLK-RM04。该模块是基于通用串行接口的符合网络标准的嵌入式模块，内置TCP/IP协议栈，能够实现用户串口、以太网、无线网（WIFI）3个接口之间的转换。
所述以太网模块，对LC1813芯片扩展，采用以太网芯片DM9000+H1102网络隔离变压器+RJ45的结构来实现网络接口的功能。这样的设计主要目的是对芯片进行隔离，增强信号和抗干扰能力，当连接不同电平的网口时，防止对系统造成影响。
所述语音控制模块由移动终端语音控制软件和嵌入式语音控制器两部分构成，安装移动终端语音控制软件的终端在接收本地语音消息后，通过网络将本地语音发送到讯飞语音云进行识别，再将云端反馈的数据解析并与本地设置指令匹配，获得正确的控制指令。通过服务器和网关将这些指令转发给相应的设备进行动作的执行。嵌入式语音控制器硬件电路主要包括MCU电路、语音识别电路、WSN电路和电源管理电路四个部分，本方案中语音控制芯片采用LD3320，WSN通信采用的芯片是CC2430。
所述手机控制终端采用智能Android手机，所用App，是在应用Eclipse中采用Java语言编写，可以实现远程控制、安防警报、语音控制、民生缴费、实时监控。
比到已有技术，本发明的有益效果是：
本发明通过使用移动控制终端App，既可以远程控制家具设备，也可以实时监控家居环境，同时本发明还增加了许多功能：1、通过温湿度传感器采集室内的温度和湿度，烟雾传感器采集室内天然气、煤气、烟雾的浓度，照度传感器采集室内光照情况。2、将民生缴费功能融合于智能家居App中，使居民足不出户便可缴纳水费、电费、物业费等。3、语音控制家居设备的启停，终端经由按键触发启动后，用户发出语音指令，MIC接收到外部语音指令后，首先经语音识别模块对信息进行解析，以获取需要的数据，然后将数据通过串口发送给MCU，MCU经过处理解析出相应的设备动作指令，之后将信息发送给CC2430，最后发送给家庭网关，从而实现对智能家居内部可控家电的无线语音控制。
附图说明
附图1为本发明的控制系统硬件框图。
附图2为本发明的语音控制器硬件框图。
附图3为本发明以太网模块连接框图。
附图4为本发明的整体功能框图。
附图5为本发明手机控制终端的APP显示页面。
图中：1、移动终端，2、路由器，3、复位模块，4、电源模块，5、以太网模块，6、中央控制器模块，7、WIFI协调器，8、FLASH，9、SDRAM，10、传感器模块，11、红外信号接收模块，12、射频信号接收模块，13、WIFI收发电路模块，14、家庭网关，15、语音识别模块，16、CC2430芯片，17、LC1813模块，18、以太网芯片DM900，19、网络隔离变压器H1102，20、RJ45接口模块，21、功能子模块，22、语音控制器模块。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
参照附图1所示，本发明是一种基于手机客户端智能家居语音控制装置及方法。控制系统硬件主要包括移动终端1、路由器2、复位模块3、电源模块4、以太网模块5、中央控制器模块6、WIFI协调器7、FLASH 8、SDRAM 9、语音控制器模块22、传感器模块10、红外信号接收模块11、射频信号接收模块12、WIFI收发电路模块13、家庭网关14。所述移动终端1与路由器2通过无线网连入家庭网关；所述中央控制器模块6与复位模块3、电源模块4、以太网模块5、WIFI协调器7、FLASH 8、SDRAM9、语音控制器模块22通过电源线连接构成家庭网关14；所述传感器模块10、红外信号接收模块11、射频信号接收模块12与WIFI协调器7通过电源线连接构成功能子模块21。
所述功能子模块21中的传感器模块10包括温湿度传感器DHT11、烟雾传感器MQ-2、照度传感器BH1750FVI。DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，具有进行多点温度采集的特点。具有极高的可靠性和长期稳定性，响应快速，抗干扰能力强、性价比高。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连。烟雾传感器MQ-2的敏感材料是活性很高的SnO2，其工作原理为：当SnO2在空气中被加热到一定温度时，SnO2会吸附空气中的氧，因此其电子会转移到所吸附的氧上，导致氧原子变为氧负离子，由于这种电子的转移，会在SnO2表面生成一个正的空间电荷层，从而导致表面势垒升高，这样会阻碍电子流动，导致电导率的变化。BH1750FVI测量精度高、测量时间短，而且电路设计并不复杂，容易实现与集成。
所述功能子模块21中红外信号接收模块11主要实现红外家居电器的控制及主机对红外遥控器信号的学习等功能。
所述功能子模块21中射频信号收发模块12主要实现主机与分机的数据交互，组成家居通信网络以及RF家具电器的控制和主机对射频遥控器信号的学习功能。
所述家庭网关14中中央控制器模块6是整个智能家居的控制中心，本设计采用嵌入式 ARM-STM32F103芯片，通过一些预留 I/O 接口来连接其它功能子模块，并可以在客户需要其他功能时做出设备的扩展。其主要完成以下工作：接收各个功能子模块所采集的数据信息进行分析，对分析结果和客户所需要实现的功能，然后发送指令对家居设备进行控制；并以嵌入式系统设定网关，进行数据WIFI传输。
所述家庭网关14中电源模块4为整个智能家居控制系统供电，因此是硬件设计的重点，在控制设备设计中是用直流开关电源接220V电压来接入设备为系统供电，为了减少系统的功耗、便于电源管理，采取多组电源供电的方式来工作。
所述家庭网关14中FLASH模块8的电路设计相对简单，因为STM32芯片内集成了NAND Flash控制器。
所述家庭网关14中WIFI模块7采用海凌科电子科技有限公司推出的全新的第三代嵌入式Uart-WIFI模块产品HLK-RM04。HLK-RM04是一款低成本嵌入式UART-ETH-WIFI(串口-以太网-无线网)模块。该模块是基于通用串行接口的符合网络标准的嵌入式模块，内置TCP/IP协议栈，能够实现用户串口、以太网、无线网（WIFI）3个接口之间的转换。通过HLK-RM04模块，传统的串口设备在不需要更改任何配置的情况下，即可通过Internet网络传输自己的数据。
所述家庭网关14中以太网模块5是物联网智能家居系统中的一个重要模块，可以实现系统的远程控制，资源分享、管理，以及完成系统的更新下载等功能。
所述WIFI收发电路模块13中移动终端1采用智能Android手机，所用APP，是在应用Eclipse中采用Java语言编写，可以实现远程控制、安防警报、语音控制、民生缴费、实时监控。
参照附图2所示，图2是本发明的语音控制器22硬件框图，包括语音识别芯片15、STM32模块6、CC2430模块16、电源管理模块4、家庭网关模块14。
所述语音识别芯片15采用ICRoute的LD3320.该芯片内部集成了快速稳定的优化算法，不再需要外接FLASH、RAM，大大简化了电路的设计。LD3320采用并行方式直接与STM32芯片6相连，并行采用1KΩ电阻上拉，控制信号RDB、WRB、CSB，复位信号RSTB和中断返回信号INTB直接与STM32芯片6相连。LD3320与STM32芯片采用同一个外部时钟（8MHz），两个发光二极管都用于复位后的上电指示，MBS引脚接一个RC电路作为MIC的偏置，用于保证能输出一个浮动电压给MIC。
所述CC2430模块16是WSN通信采用的芯片，该芯片有丰富的片上资源，其内部已经集成了必要的电路，使用时只需要采用较为简单的外围电路，即可实现数据的无线收发。
参照附图1和2所示，当终端通过按键触发启动，MIC在接收到外部语音指令后，首先由语音识别模块15进行频谱分析并从中提取出语音指令的特征信息，然后语音识别器将采集到的特征信息和关键词列表中的数据进行对比匹配，找出其中匹配度最高的关键词作为语音识别结果输出给MCU，MCU经过处理解析后得出相应设备的动作指令，经串口将信息发送给CC2430模块16，之后发送给家庭网关14，最终实现对智能家居内部可控家电的无线语音控制。
参照附图1和3所示，图3为图1中以太网模块5的连接框图，主要包括LC1813芯片17、以太网芯片（DM900）18、网络隔离变压器（H1102）19和RJ45接口20。我们使用的 LC1813芯片本身并没有网络接口，需要对其进行扩展。从理论上来说，可以把以太网芯片 DM9000和以太网水晶接头 RJ45 直接相连就可以完成网络接口的功能，但是在本设计中采用的是DM9000+H1102 网络隔离变压器 +RJ45 的结构来实现网络接口的功能，这样的设计主要目的是对芯片进行隔离，增强信号和抗干扰能力，当连接不同电平的网口时，防止对系统造成影响。
参照附图1和4所示，本发明主要有五个功能模块：远程控制、安防警报、语音控制、民生缴费、实时监控。远程监控指用户可通过手机终端App远距离手动或者语音控制家居内部的智能电器；安防警报指当家里的被监测气体达到一定浓度，或者家里的老人按了急救按键，传感器10就会传达信号给家庭网关，家庭网关会发出报警指令，手机终端也会收到相应的提示；语音监控指用户直接通过语音控制家居设备的启停；民生缴费是指用户可直接在手机终端自己选择缴费项目及缴费方式；实时监控是指用户不在家的时候可以实时调控房间的摄像头，观看家里的情况。
参照附图5所示，所述手机控制终端1安装一个在Eclipse环境中用Java语言编写的智能家居控制系统的APP，可以实现远程控制、安防警报、语音控制、民生缴费、实时监控。
本发明中未涉及部分与现有技术相同，或采用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种基于手机客户端智能家居语音控制装置及方法，其特征在于，包括移动终端（1）、路由器（2）、复位模块（3）、电源模块（4）、以太网模块（5）、中央控制器模块（6）、WIFI协调器（7）、FLASH（8）、SDRAM（9）、传感器模块（10）、红外信号接收模块（11）、射频信号接收模块（12）、WIFI收发电路模块（13）、家庭网关（14）、语音识别模块（15）、CC2430芯片（16）、LC1813模块（17）、以太网芯片DM9000（18）、网络隔离变压器H1102（19）、RJ45接口模块（20）、功能子模块（21）、语音控制器模块（22）。
2.根据权利要求1所述的一种基于手机客户端智能家居语音控制装置及方法，其特征在于，所述移动终端（1）与路由器（2）通过无线网连入家庭网关（14）；所述中央控制器模块（6）与复位模块（3）、电源模块（4）、以太网模块（5）、WIFI协调器（7）、FLASH（8）、SDRAM（9）、语音控制器模块（22）通过电源线连接构成家庭网关（14）；所述传感器模块（10）、红外信号接收模块（11）、射频信号接收模块（12）与WIFI协调器（7）通过电源线连接构成功能子模块（21）。
3.根据权利要求1所述的一种基于手机客户端智能家居语音控制装置及方法，其特征在于，所述WIFI协调器（7）与传感器模块（10）、红外信号收发模块（11）、射频信号收发模块（12）通过电源线相连。
4.根据权利要求1所述的一种基于手机客户端智能家居语音控制装置及方法，其特征在于，语音识别芯片（15）、STM32模块（6）、CC2430模块（16）、与电源管理模块（4）通过电源线连接构成语音控制器模块（22）并接入家庭网关模块（14）。
5.根据权利要求1所述的一种基于手机客户端智能家居语音控制装置及方法，其特征在于，所述以太网模块（5）由LC1813芯片（17）、以太网芯片DM9000（18）、网络隔离变压器H1102（19）和RJ45接口（20）通过电源线连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于手机客户端智能家居语音控制装置及方法，其特征在于，所述手机控制终端（1）安装一个在Eclipse环境中用Java语言编写的智能家居控制系统的APP，可以实现远程控制、安防警报、语音控制、民生缴费、实时监控。
7.根据权利要求1所述的基于手机客户端智能家居语音控制装置及方法，其特征在于：客户端有五个功能模块，远程控制、安防警报、语音控制、民生缴费、实时监控，其中远程监控指用户可通过手机终端App远距离手动或者语音控制家居内部的智能电器；安防警报指当家里的被监测气体达到一定浓度，或者家里的老人按了急救按键，传感器（10）就会传达信号给家庭网关，家庭网关会发出报警指令，手机终端也会收到相应的提示；语音监控指用户直接通过语音控制家居设备的启停；民生缴费是指用户可直接在手机终端自己选择缴费项目及缴费方式；实时监控是指用户不在家的时候可以实时调控房间的摄像头，观看家里的情况。
8.根据权利要求4所述的基于手机客户端智能家居语音控制装置及方法，其特征在于：语音控制的方法，当终端通过按键触发启动，MIC在接收到外部语音指令后，首先由语音识别模块（15）进行频谱分析并从中提取出语音指令的特征信息，然后语音识别器将采集到的特征信息和关键词列表中的数据进行对比匹配，找出其中匹配度最高的关键词作为语音识别结果输出给MCU，MCU经过处理解析后得出相应设备的动作指令，经串口将信息发送给CC2430模块（16），之后发送给家庭网关（14），最终实现对智能家居内部可控家电的无线语音控制。
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