基于ZigBee和語音識(shí)別的智能家居控制系統(tǒng)

邵群英 陳祿洪

摘要：此課題主要利用ZigBee、arm與語音識(shí)別技術(shù)，通過ZigBee局域網(wǎng)無線通信、語音識(shí)別、手持控制終端實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的近距離控制與管理；ARM cortexA53開發(fā)板作為服務(wù)器端，手持控制終端用WiFi連接作為客戶端，通過tcp網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制。并且在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的同時(shí)， 將低成本、低功耗與人性化人機(jī)界面有機(jī)結(jié)合起來， 給家居生活提供更加安全、舒適和便利的生活環(huán)境[1]。

關(guān)鍵詞：智能家居；ZigBee技術(shù)；語音識(shí)別

一、研究目的

ZigBee技術(shù)是短距離、低功耗、高通信效率的無線通信技術(shù)，它與語音識(shí)別技術(shù)的相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了成本低、功耗低、更具人性化的智能家居系統(tǒng)。為了釋放人們的雙手，讓居家更人性化、形式化、智能化，本設(shè)計(jì)對(duì)此提出了基于ZigBee和語音識(shí)別的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

二、所用硬件及技術(shù)

根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡(jiǎn)而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。對(duì)于ZigBee技術(shù)，此課題應(yīng)用的是CC253X 片上系統(tǒng)解決方案。

科大訊飛的語音識(shí)別是判斷用戶所說的內(nèi)容是否與預(yù)定義的語法相符合，主要用于識(shí)別用戶是否下達(dá)某項(xiàng)指令，使用語法識(shí)別前，需要先定義語法。

ARM主板采用三星最新的64位八核Cortex-A53 架構(gòu)的 S5P6818 芯片設(shè)計(jì)。此主板開發(fā)平臺(tái)支持三大操作系統(tǒng)包括：ARM 微處理器系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) Linux 開發(fā)、嵌入式 Android 系統(tǒng)開發(fā)、嵌入式 Android 應(yīng)用開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)開發(fā)等內(nèi)容。而此課題使用的是嵌入式Linux操作系統(tǒng)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

此課題的整體設(shè)計(jì)如圖1所示的基于ZigBee和語音識(shí)別智能家居控制系統(tǒng)示意圖。

（一）設(shè)計(jì)思路：

1、室內(nèi)控制：可用手機(jī)發(fā)信號(hào)給路由器，路由器再把信號(hào)發(fā)給主板到ZigBee終端節(jié)點(diǎn)，ZigBee終端節(jié)點(diǎn)控制對(duì)應(yīng)的 IO口（LED燈代替我們的燈和風(fēng)扇），亦可利用科大訊飛的語音識(shí)別技術(shù)，通過特定人說話來直接控制主板，主板再發(fā)送命令給到ZigBee終端節(jié)點(diǎn)來控制燈和風(fēng)扇。

2、遠(yuǎn)程控制：可通過手機(jī)控制界面進(jìn)行查看家中電器狀況和根據(jù)需求進(jìn)行遠(yuǎn)程家電控制。手機(jī)與ARM主板組成局域網(wǎng)，ARM主板作為服務(wù)端，手機(jī)作為客戶端，通過WiFi連接，tcp協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信。

（二）使用ZigBee協(xié)議棧

1、組網(wǎng)：調(diào)用協(xié)議棧的組網(wǎng)函數(shù)、加入網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的建立與節(jié)點(diǎn)的加入。

2、發(fā)送：發(fā)送節(jié)點(diǎn)調(diào)用協(xié)議棧的無線數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)發(fā)送。

3、接收：接收節(jié)點(diǎn)調(diào)用協(xié)議棧的無線數(shù)據(jù)接收函數(shù)，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)接收。

（三）語音識(shí)別技術(shù)

1.設(shè)計(jì)用戶命令詞.abnf文件：

#ABNF 1.0 GB2312；

language zh-CN；

mode voice；

root $main；

$main = $phone_number；

$phone_number = $digit<1-16>；

$digit = 一| 二| 三| 四| 五| 六| 七| 八| 九| 零；

2.語音喚醒：

（1）設(shè)置和錄制喚醒詞；

（2）在沒有喚醒前，進(jìn)程處于休眠狀態(tài)，等到接收到喚醒詞時(shí)，進(jìn)程進(jìn)入運(yùn)行態(tài)，啟動(dòng)錄音。

3.語音識(shí)別：對(duì)已完成的錄音文件進(jìn)行識(shí)別命令，當(dāng)正確地識(shí)別用戶的命令，會(huì)向ARM主板返回響應(yīng)的編號(hào)，此指定設(shè)置了優(yōu)先級(jí)，主板會(huì)及時(shí)地傳送用戶命令給到ZigBee模塊處理。

四、結(jié)語

本課題利用了ZigBee、arm、語音識(shí)別等技術(shù)，并有效融合了Tcp協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家居的集成控制。并且特定的喚醒詞語音讓智能家居室內(nèi)控制系統(tǒng)更加安全，實(shí)現(xiàn)了很好的人機(jī)交互平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈小龍.基于語音控制技術(shù)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國設(shè)備工程.2018.

作者簡(jiǎn)介：

1.邵群英，1996年11月，學(xué)歷：本科，職稱：佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 在讀生，研究方向：電子信息技術(shù)。

2.陳祿洪，1996年10月，學(xué)歷：本科，職稱：佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 在讀生，研究方向：模式識(shí)別與智能系統(tǒng)。