基于stm32的智能家居设计原理(免费版)

设计了以STM32 单片机为核心的智能家居控制系统。该系统以语音识别技术和GSM 通信技术为基础，完成控制台、手持设备及门禁密码锁之间的通信， 实现对室内家居电器的远程控制。实验结果表明，该系统运行稳定，具有广泛的应用前景.

智能家居（ 又称智能住宅） 是以住宅为平台， 兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境,是融合了自动化控制系统、计算机网络系统和网络通信技术于一体的家居控制系统。近年来，随着人们生活水平的提高以及计算机技术、通信技术和网络技术的发展， 智能家居逐渐成为未来家居生活的发展方向.因此在实现智能控制的同时，研制一个成本低、实用性强的智能家居系统便显得非常有必要。

本文以STM32 单片机为核心设计了一套智能家居控制系统。该系统以语音识别、GSM 通信等技术为基础，通过无线通信、串口通信对系统各部分进行串联，用户可通过门禁密码锁验证身份后进入智能家居系统, 利用总控制台设定室内家居的状态，亦可借助触屏手持设

备、GSM 手机等对室内家居进行手动或语音控制.

1 智能家居系统硬件平台

建立智能家居控制系统, 硬件是关键和基础,它对整个系统的稳定性、控制和反馈的准确性、节能性都有直接影响.本智能家居系统选用了以下硬件设备：

（1) STM32F103VET6 微处理器及STC12—C5A60S2 微处理器

系统中手持设备的微处理器选用STM32F103VET6 ，总控制台及门禁密码锁部分选用STC12C5A60S2。

STM32F103VET6 基于ARM Cortex M3 32 bit 的RISC内核, 工作频率最高可达72 MHz， 内置高速存储器（64 KB的闪存和20 KB 的SRAM), 丰富的增强I/O 端口和连接2 条APB 总线的外设。

STC12C5A60S2 是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051 单片机， 指令代码完全兼容传统8051 .内部集成MAX810 专用复位电路、2 路PWM、8 路高速10 位A/D转换。

(2） 语音识别芯片LD3320

LD3320 芯片是一款语音识别专用芯片。该芯片集成了语音识别处理器和一些外部电路， 包括A/D、D/A转换器、麦克风接口、声音输出接口等。可以实现语音识别、声控及人机对话功能,并且可以任意动态编辑、识别关键词语列表。

(3) GSM 模块TC35

TC35 是一款双频900 MHz 、1 800 MHz 高度集成的GSM 模块， 具有性能稳定， 功耗低及易于集成的特点.

（4） 无线模块nRF24L01

nRF24L01 是一款新型单片射频收发器件, 工作于2。4 GHz~2.5 GHz ISM 频段之间。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器及调制器等功能模块, 并融合了增强型

ShockBurst 技术,其中输出功率和通信频道可通过

程序进行配置。

（5） 3.2 英寸TFT 真彩触摸屏显示模块

该模块功耗低， 支持8 bit 、16 bit 总线接口， 模拟I/O控制， 彩屏模块上配置ADS7843 触摸控制器, 支持一个SD 卡（SPI 方式） ， 支持一个SPI 的DATA Flash， 构成人机交互图形界面。

2 智能家居系统设计及实现

本智能家居系统主要包括手持设备、总控制台、门禁密码锁3 个部分。总体结构如图1 所示。

该系统通过微处理器完成整体的控制功能， 利用无线通信及串口通信对系统各部分进行串联。通过门禁密码锁部分完成身份认证功能,接收处理短信指令， 实现户外控制； 利用手持设备实现在室内任意地点的实时控制； 通过总控制台接收指令， 最终完成各项控制操作。

本智能家居系统的操作方式如下。

（1） 身份验证

门禁密码锁通过串口完成与控制台的通信， 设定密码存入STC12C5A60S2 单片机EEPROM，TFT 触摸屏显示人机界面。单片机获取输入信息， 进行比对处理后将结果传至控制台。

（2) 语音控制

语音信号通过语音设备输入，STM32F103VET6 单片机通过SPI 总线接收。单片机处理后通过SPI 传输指令至nRF24L01 无线模块。无线模块发送指令至总控制台,总控制台接收处理信息， 完成相应的控制步骤。

（3 ）TFT 触摸屏控制

触摸屏操作产生电平信号， 经过转换后通过串行总线传输至STM32F103VET6 单片机接受处理。

（4） 短信控制

GSM 模块接收短信, 经STC12C5A60S2 单片机读取后， 通过串口传输发送指令至总控制台等候处理。

（5 ) 总控制台操作控制

TFT 触摸屏显示人机界面。STC12C5A60S2 单片机获取操作信息并作出相应处理。

3 智能家居系统软件设计

整个智能家居系统以STM32 微处理器为控制核心，使用C 语言编写。智能家居系统的软件可分为手持设备、总控制台以及门禁密码锁3 个部分， 主要由底层驱动程序、系统主程序、显示子程序、无线通信子程序、语音识别子程序及GSM 子程序等部分组成。手持设备的软件控制流程如图2 所示。总控制台的软件控制流程如图3 所示.门禁密码锁的人机界面软件控制流程如图4所示.

3.1 语言模块软件设计

语音识别是本系统的重要功能之一。语音识别程序的设计, 参考了LD332X 开发手册， 采用中断方式工作， 其操作顺序如下:

(1 ） 初始化

在初始化程序里， 主要完成软复位、模式设定、时钟频率设定、FIFO 设定等程序设置.

(2 ） 建立识别列表

识别列表在LD3320 中建立， 规则是每个识别条目为标准普通话的汉语拼音（ 小写), 每两个字(汉语拼音）之间用一个空格间隔。每个识别条目对应一个特定的编号（1 个字节） ， 不同的识别条目的编号可以相同， 且不用连续,但数值要小于256 (00H~FFH） .LD3320 最多支持50 个识别条目。

(3 ） 开始识别

设置相关的寄存器, 开始语音识别。在LD3320 芯片正式开始识别之前设置当前状态( 例如：LD_ASR_RUNING状态或者LD_ASR_FOUNDOK 状态)。ADC 通道为麦克风输入通道，ADC 增益即麦克风音量，可设定值00H～7FH.本系统采用40H～6FH 的设定值。设定值过大容易造成识别启动过于敏感, 产生误识别；设定值过小则需要近距离说话才能启动识别功能。

（4) 响应中断

麦克风采集到声音后， 将产生一个中断信号。中断程序根据寄存器的值分析结果, 通过读取BA 寄存器的值获取候选答案个数; 读取C5 寄存器里的值， 获取最正确答案的对应编码。

3.2 无线模块软件设计

nRF24L01 无线传输程序的设计采用增强型的ShockBurstTM 模式下工作.典型的双向链接为：发送方要求终端设备在接收到数据后有应答信号, 以便于发送方检测有无数据丢失.一旦数据丢失， 则通过重新发送功能恢复丢失的数据。

发射数据： 设置nRF24L01 为发射模式; 将地址TX_ADDR 和数据TX_PID 按照时序由SPI 口写入

nRF24L01 缓存区，TX_PLD 在CSN 为低时连续写入，TX_ADDR 在发射时写入一次；CE 置为高电平并保持10μs ,延迟130 μs 后发射数据； 开启自动应答，nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式， 接收应答信号。如果收到应答， 则认为此次通信成功，TX_DS 置高， 清除TX_PID; 若未收到应答， 则自动重新发射该数据。

接收数据： 设置nRF24L01 为接收模式, 延迟130 μs后进入接收状态等待数据。当检测到有效数据时， 存储数据包,同时进入发射状态回传应答信号.

3。3 GSM 模块软件设计

TC35 模块采用AT 贺氏指令。单片机可以通过正确的AT 指令对TC35 模块进行初始化和短消息的接收发送。对短消息的控制有Block 模式、PDU 模式和Text 模式。使用Block 模式需要手机生产厂家提供驱动支持.目前PDU 模式已取代Block 模式， 而Text 模式不支持中文,因此本系统使用PDU 模式进行短消息的接收和发送。

本文设计了一个基于STM32 的智能家居控制系统。由STM32 及STC12C5A60S2 微处理器完成整体控制功能，通过移动手持设备、总控制台及门禁密码锁系统3部分实现人机界面在家居系统的智能化应用, 以期达到人机交流的最优化;该系统具备识别性好、安全性高、节能环保、易控制、抗干扰及成本低等优点。系统实验阶段运行良好,其实验成果将为家居系统智能化的进一步推广应用提供新的方向。