基于单片机的智能家居系统设计

国家职业资格全国统一鉴定

金蓝领维修电工技师论文

（国家职业资格二级）

论文题目： 基于单片机的智能家居系统设计

姓 名：

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准考证号：

所在省市： 山东省烟台龙口

所在单位： 烟台南山学院

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基于单片机的智能家居系统设计

姓 名：王晶晶 单 位：烟台南山学院

摘 要:以SPCE061A为核心作为主控制器，以89C51及相关硬件电路为分控制器，利用电话接口和电力线载波通信，设计了一种智能家居系统，文中介绍了SPCE061A的芯片特性及其在主控制器模块中的应用，在软件设计部分，介绍了系统软件的设计结构，详细介绍了语音识别子程序的设计并给出了部分关键代码。 关键词:SPCE061A；语音识别；智能家居

1 引言

随着科技的发展和人们生活水平的提高，人们对居住环境方便快捷的要求越来越高，智能家居系统应运而生。智能家居是现代电子技术、通讯技术及自动化技术相结合的产物。它能够实现对家电设备的自动控制和管理、对家庭的安全进行监测报警，能够为用户提供安全舒适、高效便利的生活环境。本文结合语音识别技术，利用SPCE061A丰富的语音处理功能，在已有的电力线和电话线的基础上，设计了一套智能家居系统，该系统结构简单、功能完善并且具有较高的性价比。

2 系统架构

系统主要由主控制器、分控制器(89C51)、电话接口和电力线载波通信等几部分组成。本系统使用了大量的硬件电路来完成部分功能模块，其目的就是充分利用硬件电路的可靠性和稳定性以使系统达到较高的性能。系统的总体结构如下图所示。下面分别对各模块的功能做一下介绍:图1系统硬件原理图。

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图1 系统硬件原理图

下面分别对各个模块的功能做一下介绍：

(1)主控制器模块:主要完成语音指令的识别和发送控制信号，语音指令由麦克风或者是电话接口上的语音通路输入。

(2)分控制器模块:该模块分布于室内的各个房间，主要完成报警信号的接收和发送家用电器控制信号。

(3)电话接口模块:由DTMF编解码电路、振铃检测电路、模拟摘挂机电路以及语音通路组成。DTMF编解码电路主要用来完成DTMF信号的接收和发送，在本系统中主要是用来完成自动拨号和按键识别；振铃检测电路是用来检测是否有电话呼叫以及振铃的次数以便判断是不是需要进行模拟摘挂机；语音通路是语音提示和电话语音命令的通道。

(4) 电力线载波通信模块:主要用来完成控制信号在电力线上的传输。

本系统主要完成远程控制家用电器和自动报警两个功能，下面我们简要介绍一下系统的工作过程:

当用户通过远方任何一部电话拨打家中的电话时，系统检测到电话线上出现的振铃信号并开始计数。如果五次振铃无人接听，主控制器则发出摘机信号，实现模拟摘机，并播放语音提示。用户根据语音提示输入密码，DTMF电路将接收到的DTMF信号进行解码，并将解码后的数字信号送入CPU验证密码是否正确，三次输入密码错误则系统自动挂机。如果密码正确，则进一步提示用户输入控制命令，这时用户可以通过按键或者直接用口令对家用电器进行控制。

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如果采用口令来控制，则口令经电话线，以及电话接口的语音通道进入，SPCE061A单片机则将采集到的话音与预先存储的模板进行比较，进行语音识别并判断出用户的指令，然后发送相应的控制信号。控制信号被送入电力线调制解调器调制后，通过电力线接口电路耦合到电力线上进行传输，控制信息也就以广播形式发送出去。由电力线传送的被调制信号由分控制器系统的电力线接口电路接收并被送入 ST7537进行解调，解调后的信号被送入分控制器。每个分控制器都有自己的固定地址，分控器读取解码后的地址信息，并判断与自己的固有地址是否一致，若一致则接收数据信息并执行相应的操作，从而实现了对相应家电的控制。操作完成后，分控制器向主控制器发回确认信息，再由主控制器控制语音提示电路发出操作完成或失败的语音提示，通知电话遥控者。

如果采用按键控制，用户发出的按键信号（DTMF）经解码后送入CPU，CPU接收到信号后从中分析出地址信息和控制信息并发出控制信号。控制信号经ST7537调制后通过电力线传输到分控制器，由分控制器执行相应的操作。当传感器检测到警情时，就会发出报警信号，分控制器接收到报警信号，则将报警信号耦合到电力线上。中心控制器接收到报警信号后则自动拨打用户预先设置的电话号码，电话接通后延迟两秒，系统自动播放语音报警信息。

3 SPCE061A芯片特性简介

SPCE061A 是一款基于μ'nSP 内核的16位单片机，其芯片特性如下:

1.工作电压:内核工作电压VDD为3.0-3.6V(CPU)，I/O口工作电压VDDH为2.4～5.5V(I/O)；

2.CPU时钟:0.32MHz～49.152MHz； 3.内置2K字SRAM和32K闪存ROM；

4.系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)，耗电小于2μA@3.6V；

5.具备触键唤醒的功能；

6.32位通用可编程输入/输出端口；

7.2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；

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8.7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器；

9.2个10位DAC(数-模转换)输出通道；

10.14个中断源可来自定时器A/B，时基，2个外部时钟源输入，键唤醒；

11.具备串行设备接口；

图2 SPCE061A内部结构

12.低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能； 13.内置在线仿真(ICE，In-Circuit Emulator)接口。SPCE061A的内部结构框图如图2所示。

4 语音识别技术简介

语音识别技术就是一种让机器通过识别和理解过程把语音信号转变成相应的文本或命令的技术。机器对语音进行识别、处理的过程与人对语音进行识别、处理的过程基本上是一致的。目前主流的语音识别技术是基于统计模式识别的基本理论。一个完整的语音识别系统可大致分为语音特征提取、声学模型与模式匹配(识别算法)和语义理

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