基于Arduino的语音交互智能家居网关设计

  基于Arduino的语音交互智能家居网关设计

摘要:在本文中,我们设计了一个基于Arduino单片机的智能家居系统。主要论述了在基于语音条件下,Arduino单片机实现基本的智能家居控制技术的设计使人们可以通过语音命令控制家用电器。该系统主要由ArduinoUNOR3单片机为核心,温湿度传感器,环境光传感器,LED模块、继电器模块等构成。本文首先介绍了课题研究的背景和意义、关键技术原理和模块介绍。综述了语音识别技术和智能家居控制技术的发展,并详细介绍了系统的设计与实现。该设计取代了传统家用电器的手动控制,具有效率高、操作方便、可控性强等优点。智能家居是一种新型的智能化系统。本设计模拟了智能家居的工作过程。Arduino单片机作为整个设计的核心,用于整个系统的控制。智能家居为人们提供了一个既方便又舒适的生活环境,同时也提高了人们的生活水平。在一定程度上保证了人民群众的生命财产安全。它可以让人们感到安心,做他们想做的事.
关键词:智能家居;Arduino单片机;语音识别;自动控制
Design of voice interworking smart home gateway based on Arduino
Abstract:In this article, we designed a smart home system based on Arduino microcontroller. Mainly discusses that under the condition of speech, the Arduino MCU realizes the basic design of smart home control technology so that people can control household appliances through voice commands. The system is mainly composed of ArduinoUNOR3 microcontroller, temperature and humidity sensors, ambient light sensors, LED modules, and relay modules. This paper first introduces the background and significance of the research, key technical principles and module introduction. The development of speech recognition technology and smart home control technology are summarized, and the design and implementation of the system are introduced in detail. This design replaces the manual control of traditional household appliances and has the advantages of high efficiency, easy operation, and strong controllability. Smart home is a new type of intelligent system. This design simulates the working process of a smart home. Arduino microcontroller as the core of the entire design for the entire system control. Smart Home provides people with a convenient and comfortable living environment while also improving people's living standards. To a certain extent, it ensures the safety of life and property of the people. It can make people feel at ease and do what they want to do.
Keywords:Smart home;ArduinoMCU; speech recognition; automatic control.
 
 
基本要求:基于Adruino单片机设计语音交互智能家居网关,该网关进行语音控制,进行查询温湿度,光照度以及进行模拟灯光控制,通过网络模块查询无锡本地天气预报信息,并进行播报。
发挥部分
1.添加显示模块,显示温湿度光照度信息。
添加时钟模块,能实现网络定时和闹铃功能。
一、选题简介、意义
简介:智能家居在国内经过数十年的发展,逐渐走向普通百姓家庭,它利用先进的计算机技术、网络通讯技术、总线技术,将与家居生活息息相关的安防、灯光控制、窗帘控制等有机的结合在一起,通过智能终端统一进行控制和管理。与传统的家居相比,智能家居不仅具有传统的居住功能,兼备建筑、网络通信、信息家电,设备自动化,集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全,便利,环保的居住环境,提供全方位的信息交互功能。
意义:研究目的基于生活的便捷及高效的方向出发,主要是为了改进当下传统家居的控制方式落后及使用不方便等缺点,本设计的智能远程控制代替了传统家居设备手动机械控制,不仅效率高、成本低、使用方便、可控性强,更能提升家居便利性、舒适性、艺术性,并实现环保节能的居住环境。
二、课题综述(课题研究,主要研究的内容,要解决的问题,预期目标,研究步骤、方法及措施等)
课题研究,主要研究内容:
智能家居在国内经过数十年的发展,逐渐走向普通百姓家庭,通过Arduino终端统一进行控制和管理。安装有语音控制软件的终端在接收到本地语音信息后,发送的语音信号由麦克风收集并传输至语音芯片。存在一个由系统输入的已识别关键字列表,所发布的命令和列表命令识别语音信号。确认出正确的语音指令。设备模块听取语音命令来进行相应的反应,实现相应的功能。
要解决的问题:
研究分析Arduino开发中涉及到的技术
完成传感单元的配置搭建,编写程序测试及其工作情况并调试
进行全系统测试并进行相关改进;
熟悉Java编程,Arduino应用编程; 
预期的目标
通过各种传感器获取家庭内部信息,这些传感器利用arduino技术实现连接,构成传感网。智能家居系统的预期功能是当对着麦克风下达一个命令时,相应的继电器模块的指示灯会亮或者灭。同样应用到现实中,所实现的功能也应该是当要说出一个命令时,家用电器会自动开启或者关闭。减少了人为操作,让人们真正享受智能化的生活。
研究步骤,方法及措施
( 1 ) 获取需求并进行需求分析。首先从整体上了解某智能家居系统的组成结构,然后根据软件需求层次,从业务需求、用户需求、功能性需求和非功能性需求四个方面对智能家居设计进行需求分析。 
(  2 )实现适用于智能家居设计的构想。根据总体设计阶段的层次模块划分,以面向对象的思想,设计实现中间件基础功能层和核心功能层的主要模块。     
( 3 )基于中间件实现智能家居的用户功能。基于中间件提供的服务,设计实现设备管理、信息服务、数据查询和软件设置等主要用户功能。
措施: 
完成传感单元搭建,编写程序测试其工作情况并调试。查阅相关资料,不断对设计进行总结调试,将理论实际化。
三、设计(论文)体系、结构(大纲)
设计(论文)体系
语音信号被麦克风收集并传送到语音芯片内部,语音芯片内部已经放置好关键词列表,收集到的语音信息与原先放好的语句进行匹配和对比,得到一个最优的结果,这个结果通过串口发送给单片机单片机作为核心控  制器可以控制红外发光二极管发出载有相应信息的的红外信号,红外一体化接收器接收后,通过解调还原出发来的信息从而去控制继电器的开或者关,从而来模拟实现智能家居系。
本次设计的课题是基于Arduino的语音互交智能家居网关设计,结合课题题目,有了以下构思:首先本次设计的单片机是基于Arduino的,首先得对Arduino开发板的选择和烧录平台得有基本的了解才可以完成接下来的工作。先设计本设计的简易流程图,确定设计的步骤有助于清晰地去按照流程来完成要做的工作,确定本设计要实现的目标,各个模块要做的工作,实现具体的功能有哪些,对于各个模块要去了解模块的介绍,原理,运行程序,配置条件等一些有助于完成设计的知识。在各个模块基本了解,可以介绍出模块的作用和配置要求时,就可以去完成各个模块之间的连接,配置工作。掌握各个模块之间的引脚,串口连接都有哪些注意事项,掌握整体设计所需程序的功能,相对应的代码对于整个系统有何作用。最后可以总结出设计的制作步骤,配套清单,系统调试等流程。综合所做的准备工作,才可以对于本设计可以有一个详细的操作流程构思。
论文大纲
目录
第一章 绪论 4
1.1引言 4
1.2项目的研究背景及意义 4
第二章 总体方案设计 6
2.1设计思路 6
2.2系统的工作结构分析 6
2.3系统设计 7
2.3.1系统设计原理简介 7
2.3.2系统的硬件设计模块 7
2.3.3制作步骤 8
第三章 系统的硬件介绍 9
3.1单片机模块 9
3.1.1单片机的简介 9
3.1.2单片机的电路 10
3.1.3单片机的引脚简介 10
3.2语音识别模块 11
3.2.1语音芯片的介绍 11
3.2.2语音识别的原理 12
3.2.3语音识别硬件 12
3.3温湿度检测模块 13
3.4 光照检测模块设计 14
3.5 其他设备模块 14
第四章 系统的软件设计 17
4.1语音模块设计 17
4.2温湿度模块设计 18
4.3光照检测设计 19
4.4气体检测设计 20
4.5中断程序设计 20
第五章 系统的调试 21
5.1系统的程序调试 21
第六章结论 23
6.1总结 23
6.2谢辞 23
 
参考文献
参考文献
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[2]汤凯,刘洋,续欣.Arduino程序设计指南[M].北京:电子工业出版社2015
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[6]韩太林 单片机原理及应用[M].电子工业出版社,2005
[7]卢建兵.基于单片机的智能家居系统[J].产业与科技论坛,2011,45(19):59~61
[8]张毅刚,彭喜元.单片机原理与应用设计[M].电子工业出版社,2008,4
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[10]陈遵银 基于温湿度传感器的仓库自动测试系统[J].元器件与应用,第四期
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[12]蔡菲娜.单片微型计算机原理和应用[M].杭州:浙江大学出版社,2003.

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