| 标题 | 基于LIN总线的语音控制智能家居系统 |
| 范文 | 冯志荣+王红梅 摘 要： 一种基于LIN总线的语音控制智能家居系统，系统采取分布式控制方式，即由一个中央处理器和多个从机组成控制网络，系统采用凌阳SPCE061A作为主机，采用89C51单片机作为从机。凌阳SPCE061A对语音命令进行识别，识别结果通过LIN总线传给特定的从机，再由从机执行对家电的操作。语音识别部分采用特定人识别和命令分层技术，系统对家庭各个成员的语音命令进行采样、存储，从而实现对家庭各个成员的语音识别。 关键字： 智能家居； 语音识别； LIN总线； 命令分层 中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）10?0028?04 0 引 言 电子技术的发展使得电子技术产品在智能家居中得到广泛使用。特别是物联网技术、传感器网络技术、无线通信技术的快速发展，促使家庭实现了居住环境舒适化、生活现代化、安全化，智能家居的日渐兴起给人们的家居生活带来了全新的感受，家居智能化正成为一种趋势[1?2]。电子技术的发展已经影响到人们生活的方方面面，提高了人们生活质量，改变了人们生活习惯，智能化家居也正是在这种形势下应运而生。 住宅智能化的概念起源于从20世纪70年代末的美国，随后，日本、欧洲等发达国家的家居智能化也迅速发展。在我国，20世纪90年代末住宅智能化系统进入国内，智能家居这一概念推广较晚，但其发展速度非常快，全国已建立了一些具有初步智能化功能的家庭智能化住宅和住宅小区。 智能家居是通过统一的网络总线和控制平台将家庭的安全、能源、电器设备、灯光等连成一体。目前智能家居的发展趋势是由集中控制到分布式控制。与集中控制相比，分布式控制不仅能减少布线，而且能提高系统的可靠性，整个控制网络中可随意加入新的设备，也可以根据要求随意移除现有设备，且其他设备的工作状态不受影响[3]。 1 系统方案 系统采用LIN总线协议，以1个凌阳SPCE061A主机和多个89C51从机组成分布式控制网络。从机安装在房子的各处，例如卧室，客厅，厨房，阳台等。中央处理器的任务是对家庭的成员语音命令进行识别，然后把地址命令与控制命令传到LIN总线上，再由连接在LIN总线上的各个从机进行匹配，由从机对家电做出具体的控制[4?6]。系统框图见图1。 图1 系统框图 1.1 语音采集模块 凌阳单片机语音采集模块由音频输出和音频输入两部分组成。图2是音频输出电路图。SPCE061A 内置2 路10 位精度的DAC，只需要外接功放电路即可完成语音的播放。图中的SPY0030 是凌阳的一款音频放大芯片，可以工作在2.4～6 V 范围内，最大输出功率可达700 mW。 图2 音频输出电路图 SPCE061A 芯片中已经集成了音频输入专用ADC 以及AGC 放大电路，因此芯片外部的电路比较简单，图3是音频输入电路模块。 图3 音频输入电路 1.2 LIN总线主从机电路模块 系统是通过LIN总线实现家居系统的终端控制，各个终端都采用AT89C51单片机以及LIN总线收发模块和驱动模块，实现主控制器对各个终端电器的控制。总线收发器采用TJA1020，它是LIN总线的主/从协议控制器和LIN的物理总线之间的接口。从机和主机的电路图如图4、图5所示。 图4 从机电路图 图5 主机电路图 2 系统软件设计 2.1 语音训练与识别 语音识别方式有两种：一种是特定人识别，特定人识别之前需要进行语音训练；另一种是非特定人识别，非特定人识别不需进行语音训练。系统采用的是前一种识别模式。 部分语音识别程序如下： Write_IOB_8Bit（1，0xde）； //lCD："训练流程结束""继续训练请按按钮" flag_train=0； /清除训练标志，若倒数5 s内没有按继续训练，则退出训练流程 Play_Sound（4）； //"该套命令录入成功，继续训练新的命令请按按钮" Play_Sound（5）； //"继续训练新的命令请按按钮" Read_IOB_Bit（7）； //设B组第6脚为上拉输入 for（second=86；second>=82；second??） { Play_Sound（second）； //"5，4，3，2，1" delay_1s（）； //延时1 s if（Read_IOB_Bit（7）==0） //当B组第7位有低电平输入，则继续进行下一个人的训练 { flag_train=1； break； } 语音系统总体流程图如图6所示。 图6 语音系统总流程 用户经过首次训练后，其语音特征会存到单片机中。当用户需要对某个电器操作时，只需说出相应的语音命令，系统就能根据内部编码，将地址命令及控制命令发送到相应的从机，实现对特定电器的操作。系统识别流程图如图7所示。 2.2 LIN总线网络协议 与其他总线类似，LIN总线的数据传输也采用帧的形式进行。完整的报文帧由主机发送的报文头和主机或从机发送的响应命令组成。 总线中主机在一次帧通信过程中，根据控制模块发来的命令，在通信过程的不同阶段，将串口设置成不同波特率的接收或发送状态，以便完成报文头同步字节场和间隔场的发送，保护标识符字节场的发送和下一阶段的发送或接收数据过程。主节点程序流程图如图8所示。 图7 语音识别流程 图8 LIN主节点程序流程图 3 系统测试 主节点的89C51单片机串口输出波形和TJA1020芯片的LIN总线输出波形如图9所示。 根据LIN1.2版本协议，发送波形符合一个报文帧的格式，首先是间隔场（13位显性电平加一个隐性电平），接着是同步场（0x55），接着是ID场，最后是数据场。通道1（黄色）的峰值电压为11 V左右，符合LIN总线的电平要求，通道2（蓝色）为单片机串口输出电平，电压峰值为5 V。 图9 串口与LIN输出波形 系统测试时，只对卧室1（ID场为0x42）和客厅（ID场为0x45）进行测试。图10为卧室1灯管开的波形。图11为卧室1灯管关的波形。 图10 卧室1灯管开的波形 由图10和图11的波形可以看出，通过LIN总线发送的设备控制命令正确，可实现系统对设备的控制。 4 结 语 设计了以凌阳单片机SPCE061A为主机，各89C51单片机为从机的智能家居控制系统，用户通过语音实现对室内灯管、空调等常用设备的控制。凌阳单片机主要负责语音的采集与处理，处理后的语音命令通过LIN总线传送到各相应的从机上。试验表明系统能可靠工作。 图11 卧室1灯管关的波形 参考文献 [1] 苗硕.远程智能家居管理系统的研究与设计[D].西安：西安建筑科技大学，2006. [2] 余启家，殷瑞祥.基于ARM及GPRS的智能家居系统的实现[J].微计算机信息，2007，23（20）：119?121. [3] 赵继春.基于GPRS无线智能家居安防系统的研究与实现[D].邯郸：河北工程大学，2007. [4] 凌阳大学科技计划.实验箱指导书上册[EB/OL].[2011?08?04].http：//www.unsp.com.cn. [5] CHANDA K B. Nature language process based context sensitive， content specific architecture & its speech based implementation for smart home application [J]. International Journal of Smart Home， 2010，4： 1?10. [6] 靳希，董立骏，屈克庆.LIN总线技术及其应用研究[J].电子产品世界，2008（20）：139?141. [7] 闫哲，杜涛，左海利.智能家居控制系统的设计及实现[J].自动化技术及应用，2010，29（2）：93?96. [8] 王卫星.单片机原理与应用开发技术[M].北京：中国水利水电出版社，2009. [9] 康华光.电子技术基础·模拟部分[M].北京：高等教育出版社，2006. |
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