一种语音交互下的智能家居无线控制系统
技术领域
本发明属于智能家居技术领域，尤其涉及一种语音交互下的智能家居无线控制系统。
背景技术
智能家居控制系统主要应用于人们的居住环境当中，它主要是把控制、结构、服务、管理集中在一个平台上，同时把现代化的无线通信技术、嵌入式技术、软件工程技术和单片机技术等融合到家用电器之中，通过智能化终端平台对家用电器进行集中化的控制管理。在我国二三线城市或者在更偏僻地方当中的空气和水源的污染已经严重危害到了当地居民身体健康。而智能家居控制系统在一定程度可以对用户家庭中的空气、温度、湿度进行适当处理，比如智能家居控制系统可以对家庭中的温度或者是湿度进行检测与处理。
目前，智能家居系统还存在着许多的问题，其系统应用的人群不够广泛、人机交互单一化、成本较高、通信距离较短、通信信号被干扰等问题。
语音交互控制模块在整个智能家居控制系统中虽然只是一种简单的硬件控制方式，但是它使整个控制系统表现出更加智能化的视觉感，同时，由于语音交互控制的特性使用户对家用电器的操作更加简单而又方便，而且对于身体有缺陷的用户来说该语音交互控制方式是一种最优的电器操作方案。无线通信技术在智能家居控制系统中也有着重大作用，虽然上述两种技术都对智能家电的控制，但是无线通信技术适用于远距离的家电设备控制，还要借助客户终端(APP)，让身处千里之外的用户通过客户终端监控家里的情况，既可以让人们更加深刻体验到智能化的方便、又达到了生活便捷高效节能的目标。
发明内容
本发明的目的是提供一种语音交互下的智能家居无线控制系统。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种语音交互下的智能家居无线控制系统，包括无线传输模块、语音信号处理模块以及外围器件；
语音信号处理模块包括LD3320和LPC11C14芯片；采用LD3320芯片语音模块对语音信号进行采集，将所采集语音信号进行处理生成ID并与语音库进行匹配，匹配所得到的语音信号ID通过LPC11C14芯片实现外围器件的驱动；
无线传输模块包括ZigBee和Wi-Fi模块无线传输网络、CC2530控制器；通过第三方终端图形化界面利用Wi-Fi模块将控制指令传输到ZigBee终端网络；进行Wi-Fi数据格式到ZigBee数据格式的解析并通过异步串口通信协议发送给ZigBee协调器；ZigBee协调器将控制信号传送至ZigBee终端节点完成硬件的控制。
在上述的语音交互下的智能家居无线控制系统中，Wi-Fi模块采用AP工作模式下进行远距离数据传输；连接设备采用固化的TCP服务程序，系统启动时进行初始化；ZigBee终端节点采用串口UART与Wi-Fi模块通信，同时ZigBee对终端节点进行实时的监测并将对应的节点加入到网络中。
在上述的语音交互下的智能家居无线控制系统中，采用ID匹配的方式对所采集的语音信号进行判断具体包括：在语音信号输入后通过对寄存器BA、C5进行读取，将语音库中获取到ID与BA、C5获取到的语音信号进行对比，计较的数值最高的ID作为最后正确的结果进行输出；对比得到的ID作为LPC11C14芯片的输入。
本发明的有益效果：(1)采用LD3320和LPC11C14芯片硬件构成的语音信号的处理模块可以很高效的进行语音处理，由于可以将获得的语音信息进行控制命令的的输出，有效的避免了目前市场上的相关产品的设计的繁琐问题、操作的复杂问题。
(2)Wi-Fi模块和ZigBee模块构成的无线通信模块的使用可以很好的有效解决了用户的远程硬件的控制问题，又可以很好的解决了区域网络的信息传输控制问题。同时因为ZigBee内部还包含有一个微控制器CC2530，可以直接将收到的Wi-Fi控制信号进行硬件的驱动。有效的避免了目前市场上同类产品在实现相同的功能上的硬件设计的繁复，使得设计的硬件产品体积更小。
(3)用分块的软件设计方法进行程序的设计。可以有效的解决设计大型的程序时的复杂程度，使得程序设计的思路更加的简便，方便进行程序设计的更改。
(4)在Wi-Fi的程序设计上，采用AP的工作模式可以很方便的进行新的网络节点的接入，有效的进行多点的数据传输。
(5)语音控制与无线传输控制相结合可以在有效的解决目前用户远程控制问题的同时解决用户的室内的语音控制问题，从而提升用户的使用体验和舒适度。
(6)简便的硬件的选择，解决了硬件设计的繁复，降低了硬件的价格，用户操作更简单方便。
附图说明
图1为本发明一个实施例提出的语音交互下的智能家居无线控制系统硬件设计的示意图；
图2为本发明一个实施例提出的语音交互下的智能家居无线控制系统软件程序设计的示意图；
图3为本发明一个实施例提出的ZigBee协调器流程图；
图4为本发明一个实施例ZigBee终端节点流程图示意图；
图5为本发明一个实施例语音交互的主程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
语音交互下的智能家居无线控制系统包括硬件部分和软件部分，硬件部分又分为了语音控制部分和无线控制部分。
硬件部分的组成：无线控制部分：ZigBee和Wi-Fi模块构成的无线传输网络、采用CC2530控制器构成的无线传输控制硬件。Wi-Fi模块用于进行用户远距离的控制信号的传输。采用ZigBee的组网功能并利用ZigBee内部的控制器CC2530芯片完成硬件的控制。语音信号处理模块：LD3320作为语音的采集和语音信息输出的模块，采用LPC11C14作为语音信号处理模块的执行模块。电机、温湿度传感器等作为外围器件。硬件电路设计的电路图PCB板及电路设计的原理图。
软件部分包括无线传输控制信号的程序设计、语音信号处理模块的程序设计、硬件驱动模块相应的程序设计。
1、语音模块的程序设计：采用对采集和语音信息输出的模块LD3320进行编写，对采集到的语音信号与语音库中的ID进行，同时为了保险起见还采用了语音的唤醒功能，在用户没用进行语音的唤醒的情况下语音控制模块是无法使用的。
2、无线传输控制信号的程序设计：用户图形界面的设计，使用户更加方便的进行控制信号的发送及信息的接收。Wi-Fi模块无线通信软件驱动的程序设计。ZigBee模块的信号接收和控制信号的发送程序编写。硬件驱动的程序设计包括电机驱动的程序设计、温湿度传感器的程序设计等需要驱动的硬件模块的程序设计。
3、语音交互下的智能家居无线控制系统，包括两大类：语音的控制和无线控制。
(1)语音控制包括：1、首先采用LD3320芯片语音模块对语音唤醒及指令信号进行采集；2、对采集到的语音指令信号进行处理生成ID并与语音库进行对比；3、根据得到的语音指令的ID采用LPC11C14芯片构成的硬件控制器实现驱动。
(2)无线控制包括：1、通过第三方终端(APP、电脑)图形化界面利用Wi-Fi模块把具体的控制指令传输到ZigBee终端网络；2、进行Wi-Fi数据格式到ZigBee数据格式的解析并通过异步串口通信协议发送给ZigBee协调器；3、ZigBee协调器将控制信号传送至ZigBee终端节点完成硬件控制。
本实施例提供了语音交互下的家居智能化的解决方案，包括：
一、对实现硬件电路硬件进行选择：LD3320和LPC11C14芯片的语音模块对语音唤醒信号进行采集和输出控制；采用Wi-Fi和ZigBee进行控制信号的传输；外围硬件采用的是温湿度传感器、电机驱动、音频输出等硬件模块组成。
1、对语音信号采集和输出的硬件设计：语音信号的采集使用语音识别处理LD3320芯片。在语音的输出上采用的是主控芯片LPC11C14，其主要用于进行底层硬件的驱动。
2、对无线传感器模块的硬件设计：远距离的数据传输采用Wi-Fi模块，采用数据包的形式进行数据的传输；近距离的数据传输采用ZiBee作为局域网的信号接收器，同时ZiBee内部的微控制器CC2530也可以直接作为输出控制器，控制底层的硬件。
二、对系统的软件方式上采用分块的程序设计。包括对无线传输模块的软件设计、对语音信号采集和控制模块的软件设计、部分底层硬件的软件设计。
1、无线传输模块的软件设计。Wi-Fi模块采用的是AP的工作模式下进行的远距离的数据传输。连接设备采用的是固化的TCP服务程序，因此需要在系统启动时进行初始化。ZigBee终端节点采用的串口(UART)与Wi-Fi模块的通信，同时ZigBee还需要对终端节点进行实时的监测并负责将对应的节点加入到网络中。
2、语音信号处理模块的程序设计。采用ID匹配的方式对输入的语音信号进行判断，在语音输入后通过对寄存器BA、C5进行读取，在程序的判断中从语音库中获取到ID与BA、C5获取到的语音信号进行对比，计较的数值最高的ID将会作为最后正确的结果进行输出。对比得到的ID将会作为语音控制器的输入。
3、对底层硬件的程序编写。包括电机、温湿度传感器等硬件的驱动程序的编写。
本实施例能使人机交互更加简单方便、价格低廉。
具体实施时，如图1所示，硬件电路包含以下的几个模块：LD3320和LPC11C14芯片的语音模块对语音唤醒信号进行采集和输出控制；采用Wi-Fi和ZigBee进行控制信号和数据的无线传输；外围硬件采用的是温湿度传感器、电机驱动、音频输出等硬件模块组成。
如图2所示，对系统的软件的设计方式上采用的是分块的程序设计。包括无线传输模块的软件设计、语音信号处理模块的软件设计、部分底层硬件的软件设计。
无线传输模块的软件设计，Wi-Fi模块采用的是AP的工作模式下进行的远距离的数据传输，而ZigBee构成的终端节点采用的串口(UART)与Wi-Fi模块的通信，同时ZigBee还需要对终端节点进行实时的监测并负责将对应的节点加入到网络中。Wi-Fi的数据包的传输形式如表1所示。
表1 Wi-Fi数据包
ZigBee网络具体实现如图3、图4所示。
Sa1，ZigBee协调器创建的网络对终端的节点进行实时的监控并及时的将各个终端节点要发送的数据通过串口(UART)发送给Wi-Fi完成数据的传输工作，同时还完成数据发送到各个终端的任务。ZigBee的数据包格式如表1所示：
表1 ZigBee数据包
Sa2，ZigBee的终端的节点是直接与具体的外围的硬件连接的，同时其内部的CC2530芯片集成的8051微控制器还可以通过引脚的相应的配置完成了对终端硬件的控制作用。
如图5所示，语音信号处理模块，通过对室内一定距离的语音进行采集。采用ID匹配的方式对输入的语音信号进行判断，在语音输入后通过对寄存器BA、C5进行读取，在程序的判断中从语音库中获取到ID与BA、C5获取到的语音信号进行对比，计较的数值最高的ID将会作为最后正确的结果进行输出。对比得到的ID将会作为语音控制器的输入。具体的语音处理的步骤如下Sa1、Sa2、Sa3所示。
Sa1，为了提升智能家居无线控制系统的整体安全性采用语音唤醒的形式对语音处理模块进行唤醒，这实际是用户进入语音交互的钥匙(密码)。
Sa2，对环境进行语音信息的采集，然后通过采集到的的语音信号进行处理并与语音库的ID进行对比，得到最相符的ID然后输出。
Sa3，对语音的输出。得到最大的ID之后，对输出的控制信号进行一定的功率的放大实现语音的输出。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
