基于LIN总线的语音控制智能家居系统设计_许锦海
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科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
２０１１ ＮＯ．０８
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
技 术 创 新
科技创新导报１ 引言
住宅智能化系统的概念是从２０世纪７０年代末起源于美国，随后，在欧洲、日本等国也得到了飞速发展。智能家居是通过统一的网络总线和控制平台将家庭的电器设备连成一体。目前智能家居控制仍处于遥控式和集中控制式阶段，智能化程度不高，错误处理能力弱。在未来，其发展趋势将倾向于语音控制及分布式控制。与集中式控制相比，分布式控制不仅能减少布线，而且能提高系统的可靠性，当某一个节点出现故障时，只需将该节点从网络中去除，而其它节点不受影响。
本智能家居系统采用语音控制系统，分布式ＬＩＮ总线传输网络传输信息，错误率低，各节点独立控制，单个错误节点不会影响到整套网络节点。采用树形的分层识别技术，不仅扩展了系统的可识别人数，而且也起到防盗作用。通过汇编与Ｃ语言混合编程方式，提高程序的执行效率。此外，系统采用上位机监测下位机系统的模式，对下位机网络实时监控。
２ 系统功能及设计原理
本系统分为上位机系统和下位机系统，实现了特定人模式控制家电，搭构了ＬＩＮ数据传输网络传输语音控制命令，实现上位机软件监控下位机网络的运行。
下位机系统由凌阳ＳＰＣＥ０６１Ａ语音识别系统、５１单片机控制电器系统、ＬＩＮ总线收发机、键盘设置模块及液晶显示模块组成，上位机系统用串口调试窗口进行监测。凌阳ＳＰＣＥ０６１Ａ语音识别系统完
成家庭成员对电器操作的语音命令的识别，通过ＬＩＮ总线收发机与控制从机进行
通信。系统设计原理框图如图１所示。
３ 系统硬件电路设计
３．１凌阳ＳＰＣＥ０６１Ａ语音识别系统
本语音识别模块包括凌阳ＳＰＣＥ０６１Ａ单片机最小系统及ＳＰＲ４０９６外扩ＦＬＡＳＨ模块。凌阳ＳＰＣＥ０６１Ａ十六位单片机不仅内置３２ｋＦｌａｓｈ，而且集成了语音处理模块，高速的语音处理能快速地执行控制命令。ＳＰＲ４０９６是凌阳公司推出一款ｆｌａｓｈ芯片，其内部具有５１２Ｋｂｙｔｅ的ｆｌａｓｈ空间，４Ｋｂｙｔｅ的ＳＲＡＭ，具有并行与串行接口。该芯片通过凌阳公司开发的软件，配合上位机，可以将音频数据烧录到芯片相应的地址单元中去，同样，也可通过上位机将芯片内部的数据读取出来。
３．２ＬＩＮ总线收发机
本系统是通过ＬＩＮ总线实现家居系统的终端控制，每个终端都采用８９Ｓ５２单片机以及一块ＬＩＮ总线收发模块，实现主机对各个终端电器的控制。ＬＩＮ总线收发采用ＴＪＡ１０２０，它是ＬＩＮ主／从协议控制器和ＬＩＮ物理总线之间的接口。睡眠模式下，ＴＪＡ１０２０的功率消耗非常低。
４ 系统程序设计
４．１下位机程序设计
下位机程序设计是主要分为语音系统与ＬＩＮ总线协议两部分。在语音系统程序编写过程中，为了提高识别率和识别速度，我们采用树形的分层识别技术，通过汇编与Ｃ语言混合编程方式，提高程序的执行效率。
ＬＩＮ的数据传输是采用报文帧的形式进行的。一个完整的报文帧由１个主机节点发送的报文头和１个主机或从机节点发送
的响应组成。总线网络中主节点在一次帧通信过程中，要根据语音控制模块发来的命令，在通信过程中不同的阶段，将串口设置成不同波特率的发送或者接收状态，以完成报文头间隔场、同步字节场的发送，保护标识符字节场的发送，及下一个阶段的接收或者发送数据过程。４．２上位机监测软件设计
上位机软件平台主要应用软件串口调试工具，打开串口模块实现从串行接收获得下位机的状态，主要包括波特率、数据位数、停止位数、奇偶校验、发送缓冲区大小、接受缓冲区大小等，打开串口后，从串口读取数据再经过处理后显示到编辑框中，也可通过设置，导出处理数据，可以将记录的数据保存到Ｅｘｃｅｌ表格中，以方面查询，打印。保存数据模块可以将记录的数据保存到Ａｃｃｅｓｓ数据库中，方便对数据库进行操作。
５ 结语
本系统综合运用单片机技术、通信技术、传感器技术等专业知识，对智能家居系统进行了研究。在设计和开发的过程中，紧密结合智能化家居的实际发展情况，综合其未来发展趋势，大胆提出设想，通过语音控制和独特的总线方式，完成了对家居系统的控制，通过键盘设定再训练的功能。通过软件的创新，采用树形分层模式编写命令，提高软件执行力。但由于条件限制，本系统只在实验室环境下进行了原理性实验，实验表明：控制成功率与环境、说话者、麦克风的灵敏度等因素相关，然而无论是在安静还是嘈杂的环境下，３ｍ范围内的识别成功率都能达到９５％以上。相信通过适当改造，该系统具有一定的应用前景。
参考文献
［１］实验箱指导书上册．凌阳大学科技计划
编著ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｕｎｓｐ．ｃｏｍ．ｃｎ．
［２］实验箱指导书下册．凌阳大学科技计划
编著ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｕｎｓｐ．ｃｏｍ．ｃｎ．
［３］康华光主编．电子技术基础．模拟部分．
北京：高等教育出版社，２００６．１．
［４］靳希，董立骏，屈克庆．ＬＩＮ总线技术及
其应用研究．电子产品世界，２００８，０３．［５］颜自勇，王辉堂，金凯鑫，陈文芗．ＬＩＮ总
线及其在智能家居控制系统中的应用．国内外机电一体化技术，２００６，０３．
基于ＬＩＮ总线的语音控制智能家居系统设计①
许锦海 刘洪山
（华南农业大学工程学院 广州 ５１０６４０）
摘 要:本文设计了一种基于LIN 总线的语音控制智能家居系统,该系统采取分布式控制方式,以凌阳SPCE061A 作为中央处理器,AT89S52单片机作为从机。由凌阳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控制。语音识别部分采用特定人识别和命令分层技术,系统对家庭的各个成员语音命令进行采样、存储,从而实现家庭各个成员的语音识别。关键词:智能家居 分布式控制 语音识别 LIN 总线 命令分层中图分类号:TN912文献标识码
:A 文章编号:1674-098X(2011)03(b)-0014-01
①作者简介：许锦海（１９８８—），男，在读本科生，电子信息专业。
通讯作者：刘洪山（１９６８—），男，副研究员，从事传感器与微电子技术教学与研究。
图１ 系统结构框图