基于语音控制的智能家居论文

苏州大学本科生毕业设计（论文）i基于语音识别的智能家居控制系统设计苏州大学应用技术学院电子信息科学与技术（学号1216405036）吴童目录前言......................................................3第1章理论分析及总体方案...................................4第1.1节总体框架............................................4第1.2节方案比较............................................5第1.3节整体方案综述........................................7第2章系统硬件电路设计.....................................8第2.1节微处理控制电路设计..................................8第2.2节GSM模块简介与电路设计.............................11第2.3节语音识别模块电路设计...............................13第2.4节电机驱动电路设计...................................15第2.5节温度采集电路设计...................................16第2.6节LED和按键电路设计.................................17第3章系统软件设计........................................18第3.1节语音识别程序设计...................................18第3.2节GSM通信程序设计...................................19第3.3节温度采集程序设计...................................20第3.4节电机与LED控制程序设计.............................22第4章系统测试与分析......................................25第4.1节系统测试...........................................25第4.2节系统调试总结.......................................27总结与展望..................................................29参考文献....................................................30致谢........................................................31附录........................................................32附录1基于语音识别的智能家居控制系统程序清单...............32苏州大学本科生毕业设计（论文）ii附录2基于语音识别的智能家居控制系统电路图.................35附录3基于语音识别的智能家居控制系统实物图..................36苏州大学本科生毕业设计（论文）第1页摘要本文设计了一个基于语音识别的家居模拟控制系统。系统由控制电路、LED电路、按键电路、电机驱动电路、温度采集电路、GSM通信电路和电源电路组成。本设计选用STM32F103RCT6作为系统控制器并达到控制以下几种功能的目的：首先，控制两个可以调整三种亮度的led灯。其次，本设计通过驱动电路控制一个电机的转动。然后利用温度传感器检测外部环境的温度。当你在近处时可以通过语音指令控制本系统，在远处时可以通过手机短信进行控制。当温度传感器检测到温度过高时，本系统会自动报警并发送短信给手机端。在软件上，本设计包含了主程序、LED控制程序、语音识别程序、温度采集程序和GSM通信程序。模拟系统的设计原理和方法对实际家居控制系统的设计具有指导作用。关键词语音识别；STM32F103RCT6；GSM通信；智能家居控制；LD3320苏州大学本科生毕业设计（论文）第2页AbstractInthispaper,Idesignasimulationcontrolsystembasedonspeechrecognition.Thispapermainlystudiesbasedonspeechrecognitionsimulationcontrolofhousehold,distinguisheddesignresearch.Hardwaresystem,LEDbythemicroprocessorminimumsystemcircuit,keycircuit,motordrivecircuit,temperaturecollectioncircuit,GSMcommunicationcircuit,powercircuit.STM32F103RCT6chosenasthesystemcontrollerandachievethepurposeofcontrollingthefollowingfunctions.Firstofall,thetwocontrolcanadjustthebrightnessoftheLEDlampthree,andthroughthedrivecircuittocontrolamotorandreversing,atthesametimeusingthetemperaturesensordetectionoftheexternalenvironmenttemperature,closetovoicecommandstocontrol,tocontrolthedistancetoSMS,thehightemperaturewillautomaticallyalarmsenttextmessagestomobilephones.Software,designthemainprogram,LEDcontrolprogram,thespeechrecognitionprogram,temperatureacquisitionandGSMcommunicationprogram.Thedesignprincipleandmethodofsimulationsystemhavedirecteffectonthedesignoftheactualhomecontrolsystem.Keywordsspeechrecognition;STM32F103RCT6;GSMcommunication;Smarthomecontrol;LD3320苏州大学本科生毕业设计（论文）第3页前言语音识别技术是以语音作为一个研究对象，让机器自动识别、处理并理解人类口头语言的一种技术。语音识别技术通过对语音信号的认识和理解使机器接收相应的文本并执行命令。它将声学、语音学、语言学、信息理论交叉学和模式识别与神经生物学理论完美的结合起来。语音识别技术正逐步成为计算机信息处理技术的关键技术，它的应用已成为一个非常有竞争力的高新技术产业。人视觉对机器的语音识别是计算机出现之前产生的。基于计算机平台的最早自动语音识别系统是在上个世纪，这是所谓奥黛丽语音识别系统，它是由AT＆T的贝尔实验室完成的开发。在这个系统中，研究人员使用一些复杂的部件来实现模拟语音元音的频率变化，以及分离的数字语音识别的目的，准确率达到98％。后来，英国Denes率先在语法概率中加入了语音识别系统，建立一个音素识别装置来达到识别元音和辅音的目的。在这一年，麻省理工学院，Forgi等人研究了在受控环境中识别的10英元音。研究与历史性突破是在80年代末的语音识别。李开复在读博士学位时，在卡耐基梅隆大学设计了约1000英语单词连续语音识别系统。这是世界上第一个高性能的识别系统。此后，HMM模型已被广泛用于世界各地。然而，引进HMM模型的成就应归功于一组科学家的辛勤工作，如Rabiner；他们通过分析和处理HMM数学公式的工程，让更多的研究人员可以使用和理解HMM[1]。HMM使得语音识别实现转型，从简单的模板匹配统计概率模型逐渐形成了概率统计模型较为完善的制度。在90年代末，人工神经网络（ArtificialNeuralNetworks）出现了。它可以模拟人脑的结构和智能化的特点，它具有独特的大规模并行分布处理和联想学习的能力，并试图模拟一个强大的生物神经系统。由于其全面的功能和人性化的智能，它有大规模并行，分布式存储和处理，自组织，自适应学习，灵敏度低噪声等特点，它适合在多种因素和条件下运行。但是，由于许多人工神经网络还处于尝试阶段，它没有更完善更可行的理论基础，并且需要充分依靠人工神经网络来实现了语音识别系统，其效果不如HMM。在现在这个社会，智能控制已成为发展最热门的领域，智能家居控制也是近年来的一种社会趋势，因此，语音识别技术和智能家居的发展与GSM遥控互动相结合将是一个非常有意义的设计主张。苏州大学本科生毕业设计（论文）第4页第1章理论分析及总体方案第1.1节总体框架图1-1所示是基于语音识别的智能家居控制的结构框图。硬件系统由STM32控制电路、LED电路、按键电路、电机驱动电路、温度采集电路、GSM通信电路、电源电路组成。系统可以有三种控制方式，按键控制，GSM控制和语音控制，按键控制即是使用独立按键对各个模块进行协调控制。GSM控制即是利用GSM短信对各个模块进行协调控制并采集信息。语音识别控制即是输入特定的语音指令，语音识别模块将识别语音指令并进行相关的处理，之后产生特定信号通知单片机进行相应的控制。工作电源为系统提供正常工作所需的电能。图1-1基于语音识别的智能家居控制系统结构框图苏州大学本科生毕业设计（论文）第5页第1.2节方案比较通过上面的总体方案，需要选择相应的器件与模块，现通过以下的方案比较来选择模块与器件。1.2.1微处理器方案比较根据研究目标及要求，对于控制器的选择有以下两种方案。方案一：采用STC12单片机作为本设计的核心控制芯片，STC12LE5A60S2是一种性能高、功耗相对较低的CMOS微控制器，且具有可用于编程的flash存储器和64K的内存ROM。它的主要性能参数有：与MCS-52单片机的产品可以兼容、有可用于编程的flash存储器、擦写次数高达10W次、程序存储器采用了三级加密、0Hz-24MHz的全静态操作、6个中断源、32个双向I/O口、三个16位定时器/计数器、低功耗空闲和掉电模式、双数据指针、掉电后中断可唤醒等，因此特别适合运用它进行各种灵活的控制[2]。方案二：采用STM32F103RCT6单片机作为系统控制器，STM32F103RCT6是由ST生产的一款STM32F103系列的微处理器。STM32最高频率可达72MHz，它0等待的存储器访问、基于哈佛结构并带有3级流水线特性和其高效的处理效率保证能够实时高效的处理水表取数和上传数据。STM32自带64k字节Flash，它具有多种低功耗模式：等待、活跃停机、停机模式，外设的时钟可单独关闭。在停机模式下，STM32的功耗仅仅4.5uA左右，完全能够满足智能控制的供电要求，这实现并保证了整个系统的低功耗特性[3]。基于以上分析可知STC12LE5A60S2芯片较STM32F103RCT6在结构上更加简单，但STM32F103RCT6引脚功能更加齐全，内存庞大，运行速度较51系列单片机快的多。而且它内置功能模块更多，包括4路USART,DMA，电机控制PWM，PDR，POR，PVD，PWM，内置温度传感器，WDT。虽然对于初学者来说STM32的编程要相对难得多，而STC12LE5A60S2使用起