摘 要:本文設計了一種基于LIN總線的語音控制智能家居系統,該系統采取分布式控制方式,以凌陽SPCE061A作為中央處理器,AT89S52單片機作為從機。由凌陽SPCE061A對語音命令進行識別,識別結果通過LIN總線傳給特定的從機,再由從機執行對家電的控制。語音識別部分采用特定人識別和命令分層技術,系統對家庭的各個成員語音命令進行采樣、存儲,從而實現家庭各個成員的語音識別。
關鍵詞:智能家居 分布式控制 語音識別 LIN總線 命令分層
中圖分類號:TN912 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2011)03(b)-0014-01
1 引言
住宅智能化系統的概念是從20世紀70年代末起源于美國,隨后,在歐洲、日本等國也得到了飛速發展。智能家居是通過統一的網絡總線和控制平臺將家庭的電器設備連成一體。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,錯誤處理能力弱。在未來,其發展趨勢將傾向于語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,而且能提高系統的可靠性,當某一個節點出現故障時,只需將該節點從網絡中去除,而其它節點不受影響。
本智能家居系統采用語音控制系統,分布式LIN總線傳輸網絡傳輸信息,錯誤率低,各節點獨立控制,單個錯誤節點不會影響到整套網絡節點。采用樹形的分層識別技術,不僅擴展了系統的可識別人數,而且也起到防盜作用。通過匯編與C語言混合編程方式,提高程序的執行效率。此外,系統采用上位機監測下位機系統的模式,對下位機網絡實時監控。
2 系統功能及設計原理
本系統分為上位機系統和下位機系統,實現了特定人模式控制家電,搭構了LIN數據傳輸網絡傳輸語音控制命令,實現上位機軟件監控下位機網絡的運行。
下位機系統由凌陽SPCE061A語音識別系統、51單片機控制電器系統、LIN總線收發機、鍵盤設置模塊及液晶顯示模塊組成,上位機系統用串口調試窗口進行監測。凌陽SPCE061A語音識別系統完
成家庭成員對電器操作的語音命令的識別,通過LIN總線收發機與控制從機進行通信。系統設計原理框圖如圖1所示。
3 系統硬件電路設計
3.1 凌陽SPCE061A語音識別系統
本語音識別模塊包括凌陽SPCE061A單片機最小系統及SPR4096外擴FLASH模塊。凌陽SPCE061A十六位單片機不僅內置32kFlash,而且集成了語音處理模塊,高速的語音處理能快速地執行控制命令。SPR4096是凌陽公司推出一款flash芯片,其內部具有512Kbyte的flash空間,4Kbyte的SRAM,具有并行與串行接口。該芯片通過凌陽公司開發的軟件,配合上位機,可以將音頻數據燒錄到芯片相應的地址單元中去,同樣,也可通過上位機將芯片內部的數據讀取出來。
3.2 LIN總線收發機
本系統是通過LIN總線實現家居系統的終端控制,每個終端都采用89S52單片機以及一塊LIN總線收發模塊,實現主機對各個終端電器的控制。LIN總線收發采用TJA1020,它是LIN主/從協議控制器和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 系統程序設計
4.1 下位機程序設計
下位機程序設計是主要分為語音系統與LIN總線協議兩部分。在語音系統程序編寫過程中,為了提高識別率和識別速度,我們采用樹形的分層識別技術,通過匯編與C語言混合編程方式,提高程序的執行效率。
LIN的數據傳輸是采用報文幀的形式進行的。一個完整的報文幀由1個主機節點發送的報文頭和1個主機或從機節點發送的響應組成。總線網絡中主節點在一次幀通信過程中,要根據語音控制模塊發來的命令,在通信過程中不同的階段,將串口設置成不同波特率的發送或者接收狀態,以完成報文頭間隔場、同步字節場的發送,保護標識符字節場的發送,及下一個階段的接收或者發送數據過程。
4.2 上位機監測軟件設計
上位機軟件平臺主要應用軟件串口調試工具,打開串口模塊實現從串行接收獲得下位機的狀態,主要包括波特率、數據位數、停止位數、奇偶校驗、發送緩沖區大小、接受緩沖區大小等,打開串口后,從串口讀取數據再經過處理后顯示到編輯框中,也可通過設置,導出處理數據,可以將記錄的數據保存到Excel表格中,以方面查詢,打印。保存數據模塊可以將記錄的數據保存到Access數據庫中,方便對數據庫進行操作。
5 結語
本系統綜合運用單片機技術、通信技術、傳感器技術等專業知識,對智能家居系統進行了研究。在設計和開發的過程中,緊密結合智能化家居的實際發展情況,綜合其未來發展趨勢,大膽提出設想,通過語音控制和獨特的總線方式,完成了對家居系統的控制,通過鍵盤設定再訓練的功能。通過軟件的創新,采用樹形分層模式編寫命令,提高軟件執行力。但由于條件限制,本系統只在實驗室環境下進行了原理性實驗,實驗表明:控制成功率與環境、說話者、麥克風的靈敏度等因素相關,然而無論是在安靜還是嘈雜的環境下,3m范圍內的識別成功率都能達到95%以上。相信通過適當改造,該系統具有一定的應用前景。
參考文獻
[1] 實驗箱指導書上冊.凌陽大學科技計劃編著http://www.unsp.com.cn.
[2] 實驗箱指導書下冊.凌陽大學科技計劃編著http://www.unsp.com.cn.
[3] 康華光主編.電子技術基礎.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總線技術及其應用研究.電子產品世界,2008,03.
[5] 顏自勇,王輝堂,金凱鑫,陳文薌.LIN總線及其在智能家居控制系統中的應用.國內外機電一體化技術,2006,03.
關鍵詞:智能家居 分布式控制 語音識別 LIN總線 命令分層
中圖分類號:TN912 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2011)03(b)-0014-01
1 引言
住宅智能化系統的概念是從20世紀70年代末起源于美國,隨后,在歐洲、日本等國也得到了飛速發展。智能家居是通過統一的網絡總線和控制平臺將家庭的電器設備連成一體。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,錯誤處理能力弱。在未來,其發展趨勢將傾向于語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,而且能提高系統的可靠性,當某一個節點出現故障時,只需將該節點從網絡中去除,而其它節點不受影響。
本智能家居系統采用語音控制系統,分布式LIN總線傳輸網絡傳輸信息,錯誤率低,各節點獨立控制,單個錯誤節點不會影響到整套網絡節點。采用樹形的分層識別技術,不僅擴展了系統的可識別人數,而且也起到防盜作用。通過匯編與C語言混合編程方式,提高程序的執行效率。此外,系統采用上位機監測下位機系統的模式,對下位機網絡實時監控。
2 系統功能及設計原理
本系統分為上位機系統和下位機系統,實現了特定人模式控制家電,搭構了LIN數據傳輸網絡傳輸語音控制命令,實現上位機軟件監控下位機網絡的運行。
下位機系統由凌陽SPCE061A語音識別系統、51單片機控制電器系統、LIN總線收發機、鍵盤設置模塊及液晶顯示模塊組成,上位機系統用串口調試窗口進行監測。凌陽SPCE061A語音識別系統完
成家庭成員對電器操作的語音命令的識別,通過LIN總線收發機與控制從機進行通信。系統設計原理框圖如圖1所示。
3 系統硬件電路設計
3.1 凌陽SPCE061A語音識別系統
本語音識別模塊包括凌陽SPCE061A單片機最小系統及SPR4096外擴FLASH模塊。凌陽SPCE061A十六位單片機不僅內置32kFlash,而且集成了語音處理模塊,高速的語音處理能快速地執行控制命令。SPR4096是凌陽公司推出一款flash芯片,其內部具有512Kbyte的flash空間,4Kbyte的SRAM,具有并行與串行接口。該芯片通過凌陽公司開發的軟件,配合上位機,可以將音頻數據燒錄到芯片相應的地址單元中去,同樣,也可通過上位機將芯片內部的數據讀取出來。
3.2 LIN總線收發機
本系統是通過LIN總線實現家居系統的終端控制,每個終端都采用89S52單片機以及一塊LIN總線收發模塊,實現主機對各個終端電器的控制。LIN總線收發采用TJA1020,它是LIN主/從協議控制器和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 系統程序設計
4.1 下位機程序設計
下位機程序設計是主要分為語音系統與LIN總線協議兩部分。在語音系統程序編寫過程中,為了提高識別率和識別速度,我們采用樹形的分層識別技術,通過匯編與C語言混合編程方式,提高程序的執行效率。
LIN的數據傳輸是采用報文幀的形式進行的。一個完整的報文幀由1個主機節點發送的報文頭和1個主機或從機節點發送的響應組成。總線網絡中主節點在一次幀通信過程中,要根據語音控制模塊發來的命令,在通信過程中不同的階段,將串口設置成不同波特率的發送或者接收狀態,以完成報文頭間隔場、同步字節場的發送,保護標識符字節場的發送,及下一個階段的接收或者發送數據過程。
4.2 上位機監測軟件設計
上位機軟件平臺主要應用軟件串口調試工具,打開串口模塊實現從串行接收獲得下位機的狀態,主要包括波特率、數據位數、停止位數、奇偶校驗、發送緩沖區大小、接受緩沖區大小等,打開串口后,從串口讀取數據再經過處理后顯示到編輯框中,也可通過設置,導出處理數據,可以將記錄的數據保存到Excel表格中,以方面查詢,打印。保存數據模塊可以將記錄的數據保存到Access數據庫中,方便對數據庫進行操作。
5 結語
本系統綜合運用單片機技術、通信技術、傳感器技術等專業知識,對智能家居系統進行了研究。在設計和開發的過程中,緊密結合智能化家居的實際發展情況,綜合其未來發展趨勢,大膽提出設想,通過語音控制和獨特的總線方式,完成了對家居系統的控制,通過鍵盤設定再訓練的功能。通過軟件的創新,采用樹形分層模式編寫命令,提高軟件執行力。但由于條件限制,本系統只在實驗室環境下進行了原理性實驗,實驗表明:控制成功率與環境、說話者、麥克風的靈敏度等因素相關,然而無論是在安靜還是嘈雜的環境下,3m范圍內的識別成功率都能達到95%以上。相信通過適當改造,該系統具有一定的應用前景。
參考文獻
[1] 實驗箱指導書上冊.凌陽大學科技計劃編著http://www.unsp.com.cn.
[2] 實驗箱指導書下冊.凌陽大學科技計劃編著http://www.unsp.com.cn.
[3] 康華光主編.電子技術基礎.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總線技術及其應用研究.電子產品世界,2008,03.
[5] 顏自勇,王輝堂,金凱鑫,陳文薌.LIN總線及其在智能家居控制系統中的應用.國內外機電一體化技術,2006,03.
