基于樹莓派的智能家居語音控制系統(tǒng)

汪開元,胡大春

(巢湖市第一中學,安徽 合肥 238000)

基于樹莓派的智能家居語音控制系統(tǒng)

汪開元,胡大春

(巢湖市第一中學,安徽 合肥 238000)

目前,家庭中常用觸摸開關(guān)、紅外遙鈕等控制開關(guān),從而控制家用電器(照明燈、空調(diào)、電視).然而,在夜間開啟或關(guān)閉家用電器時,需要用戶到達控制開關(guān)安裝位置處,按下控制開關(guān)后才能開啟或關(guān)閉家用電器,給用戶帶來了不便;用戶在使用遙控器時,易亂放遙控器,導(dǎo)致夜間難以找到遙控器,給用戶帶來了不便.為了解決以上技術(shù)問題,設(shè)計了一種基于樹莓派的語音控制系統(tǒng),為方便用戶在夜間開啟或關(guān)閉家用電器提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ),能夠解決用戶在夜間不方便開啟或關(guān)閉家用電器的問題.

開關(guān);微處理器;通訊模塊;接頭模塊

1 工作原理

該系統(tǒng)包括微處理器、通訊模塊、接頭模塊、語音模塊和電子開關(guān).微處理器、通訊模塊、接頭模塊、語音模塊和電子開關(guān)之間用電連接.電子開關(guān)串聯(lián)在照明燈控制回路、空調(diào)控制回路或電視控制回路.其中,微處理器、通訊模塊、接頭模塊和電子開關(guān)構(gòu)成一個控制單元,每個控制單元安裝在照明控制回路、空調(diào)控制回路或電視控制回路,然后安裝在房間中.每個房間安裝有1個語音模塊,每個語音模塊分別與1個控制單元中的接頭模塊可拆卸電連接.

語音模塊包括麥克風、USB聲卡、揚聲器和音頻放大器,其中,USB聲卡與接頭模塊連接.接頭模塊包括第一RJ45接頭和第二RJ45接頭,兩者都與微處理器之間進行電連接.

2 設(shè)計效果

該系統(tǒng)極大地方便了用戶在夜間開啟或關(guān)閉家用電器,其中,語音模塊采集到用戶發(fā)出的"關(guān)"或"開"的語音時,輸出給微處理器;微處理器根據(jù)接收到的語音數(shù)據(jù)控制電子開關(guān),從而控制照明燈控制回路中指定的電器,可省去用戶到控制開關(guān)安裝處按下控制開關(guān)的環(huán)節(jié),方便了用戶在夜間使用家用電器.使用該系統(tǒng)后,一套房子內(nèi)設(shè)置有多個控制單元、1個語音模塊,這樣就實現(xiàn)了1個語音模塊控制多個控制單元,從而控制多個控制回路中的家用電器.由于語音模塊通過接頭模塊與微處理器可拆卸電連接,可以根據(jù)用戶需要改變語音模塊的安裝位置,提高了該系統(tǒng)的靈活性.

使用該系統(tǒng)后,一套房子內(nèi)可以設(shè)置多個語音模塊、1個控制單元,無論用戶在哪個房間,均可以通過語音模塊或過道內(nèi)控制單元控制房間,從而控制回路中的家用電器.該系統(tǒng)中當用戶利用麥克風輸入語音數(shù)據(jù),成功開啟控制回路

中的家用電器后,利用揚聲器播放對應(yīng)設(shè)備成功打開的信息,增強了用戶體驗.

3 具體實施方式

以下對本系統(tǒng)中的技術(shù)方案進行描述,所描述的實例僅僅是本系統(tǒng)的一部分.在本系統(tǒng)中,語音控制系統(tǒng)包括微處理器、通訊模塊、接頭模塊、語音模塊和電子開關(guān) ,所述通訊模塊包括有線通訊模塊、無線通訊模塊;所述語音模塊用于采集用戶輸入的語音數(shù)據(jù);電子開關(guān)串接在控制回路上,用來控制包括照明燈控制回路、電視控制回路、空調(diào)控制回路等.語音模塊采集到用戶發(fā)出的語音時,輸出給微處理器,微處理器根據(jù)接收到的語音數(shù)據(jù),控制電子開關(guān),從而控制照明燈控制回路中照明燈的啟閉,電視控制回路中電視的啟閉,空調(diào)控制回路中空調(diào)的啟閉.

本實例中,微處理器、通訊模塊、接頭模塊、電子開關(guān)構(gòu)成一個控制單元,每個控制單元安裝在照明燈控制回路、空調(diào)控制回路、電視控制回路上,每個照明控制回路安裝在房間或走道中,每個空調(diào)控制回路或電視控制回路安裝在一個房間中,一套房子內(nèi)設(shè)置有多個控制單元,一套房子內(nèi)設(shè)置1個語音模塊,用一個語音模塊可以控制多個控制單元、多個控制回路.由于語音模塊通過接頭模塊與微處理器可拆卸電連接,可以根據(jù)用戶需要改變語言模塊的安裝位置,比如將語音模塊的安裝位置從客廳換到臥室.

USB聲卡用于將微處理器可識別的數(shù)字編碼信號轉(zhuǎn)換成語音數(shù)據(jù)后,通過揚聲器進行播放.當用戶利用麥克風輸入語音數(shù)據(jù)后,成功開啟照明燈控制回路中照明燈、電視控制回路中的電視、空調(diào)控制回路中的空調(diào)后,利用揚聲器播放照明燈、電視、空調(diào)成功打開的信息.

3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

具體連接方式為:樹莓派Raspberry Pi的數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD、數(shù)據(jù)接收端RXD分別與通訊模塊ZG-MX00的數(shù)據(jù)接收端RXD、數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD電連接;樹莓派Raspberry Pi的端口D-、D+分別與第一RJ45接頭的端口D-、D+電連接;樹莓派Raspberry Pi的端口GPIO7與繼電器的控制端S電連接,繼電器的常開觸點通過交流電源與照明燈的一端電連接,照明燈的另一端與繼電器的公共端電連接;樹莓派Raspberry Pi的端口GPIO5與紅外模塊的端口OUT電連接;樹莓派Raspberry Pi的端口GPIO26與紅外模塊的端口OUT電連接.USB聲卡CM108的端口+、-分別與麥克風電連接,USB聲卡CM108的端口OUT、GND分別與音頻放大器LM386的端口IN、GND電連接,音頻放大器LM386的端口OUT、GND與揚聲器電連接.USB聲卡CM108的端口D+、D-分別與第二 RJ45接頭的端口D+、D-電連接.

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在使用時,本語音控制系統(tǒng)可以與現(xiàn)有技術(shù)中的軟件配合,實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)的傳輸及控制.下面結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)中的軟件對該系統(tǒng)的工作原理進行描述.

利用語音模塊中麥克風采集到用戶發(fā)出的語音后,USB聲卡將語音數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成微處理器可識別的數(shù)字信息,輸出給微處理器;微處理器根據(jù)接收到數(shù)字信息,控制繼電器的通斷以及紅外模塊的紅外線發(fā)射;在成功開啟照明燈控制回路中的照明燈、電視控制回路中的電視、空調(diào)控制回路中的空調(diào)后,利用揚聲器播放照明燈、電視、空調(diào)成功打開的信息.

4 結(jié)束語

總之,智能家居將極大地改變?nèi)藗兊娜粘Ｉ?也逐漸被人們所熟知.作為一名高中生,處于這樣一個良好的大環(huán)境下,在學習文化課的同時,應(yīng)多思考生活中哪些人們習以為常的東西本身也是存在很多缺陷和不足的,并盡可能解決問題,使其滿足科學性、實用性和創(chuàng)新性要求.這樣不但可以帶動周邊人的創(chuàng)新積極性,也提升了自己的個人能力.

[1]張偉.面向智能家居的嵌入式語音控制系統(tǒng)的研究[D].鄭州:鄭州大學,2015.

[2]周旭.車載藍牙語音控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].長春:吉林大學,2011.

汪開元,男,安徽巢湖人,巢湖市第一中學學生,研究方向為計算機應(yīng)用.胡大春,男,安徽巢湖人,本科學歷,巢湖市第一中學教師,研究方向為計算機.

〔編輯:張思楠〕

TU855

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.22.056

2095-6835(2017)22-0056-02