基于树莓派的智能家居语音控制系统

汪开元,胡大春

(巢湖市第一中学,安徽 合肥 238000)

基于树莓派的智能家居语音控制系统

汪开元,胡大春

(巢湖市第一中学,安徽 合肥 238000)

目前,家庭中常用触摸开关、红外遥钮等控制开关,从而控制家用电器(照明灯、空调、电视).然而,在夜间开启或关闭家用电器时,需要用户到达控制开关安装位置处,按下控制开关后才能开启或关闭家用电器,给用户带来了不便;用户在使用遥控器时,易乱放遥控器,导致夜间难以找到遥控器,给用户带来了不便.为了解决以上技术问题,设计了一种基于树莓派的语音控制系统,为方便用户在夜间开启或关闭家用电器提供了良好的物质基础,能够解决用户在夜间不方便开启或关闭家用电器的问题.

开关;微处理器;通讯模块;接头模块

1 工作原理

该系统包括微处理器、通讯模块、接头模块、语音模块和电子开关.微处理器、通讯模块、接头模块、语音模块和电子开关之间用电连接.电子开关串联在照明灯控制回路、空调控制回路或电视控制回路.其中,微处理器、通讯模块、接头模块和电子开关构成一个控制单元,每个控制单元安装在照明控制回路、空调控制回路或电视控制回路,然后安装在房间中.每个房间安装有1个语音模块,每个语音模块分别与1个控制单元中的接头模块可拆卸电连接.

语音模块包括麦克风、USB声卡、扬声器和音频放大器,其中,USB声卡与接头模块连接.接头模块包括第一RJ45接头和第二RJ45接头,两者都与微处理器之间进行电连接.

2 设计效果

该系统极大地方便了用户在夜间开启或关闭家用电器,其中,语音模块采集到用户发出的"关"或"开"的语音时,输出给微处理器;微处理器根据接收到的语音数据控制电子开关,从而控制照明灯控制回路中指定的电器,可省去用户到控制开关安装处按下控制开关的环节,方便了用户在夜间使用家用电器.使用该系统后,一套房子内设置有多个控制单元、1个语音模块,这样就实现了1个语音模块控制多个控制单元,从而控制多个控制回路中的家用电器.由于语音模块通过接头模块与微处理器可拆卸电连接,可以根据用户需要改变语音模块的安装位置,提高了该系统的灵活性.

使用该系统后,一套房子内可以设置多个语音模块、1个控制单元,无论用户在哪个房间,均可以通过语音模块或过道内控制单元控制房间,从而控制回路中的家用电器.该系统中当用户利用麦克风输入语音数据,成功开启控制回路

中的家用电器后,利用扬声器播放对应设备成功打开的信息,增强了用户体验.

3 具体实施方式

以下对本系统中的技术方案进行描述,所描述的实例仅仅是本系统的一部分.在本系统中,语音控制系统包括微处理器、通讯模块、接头模块、语音模块和电子开关 ,所述通讯模块包括有线通讯模块、无线通讯模块;所述语音模块用于采集用户输入的语音数据;电子开关串接在控制回路上,用来控制包括照明灯控制回路、电视控制回路、空调控制回路等.语音模块采集到用户发出的语音时,输出给微处理器,微处理器根据接收到的语音数据,控制电子开关,从而控制照明灯控制回路中照明灯的启闭,电视控制回路中电视的启闭,空调控制回路中空调的启闭.

本实例中,微处理器、通讯模块、接头模块、电子开关构成一个控制单元,每个控制单元安装在照明灯控制回路、空调控制回路、电视控制回路上,每个照明控制回路安装在房间或走道中,每个空调控制回路或电视控制回路安装在一个房间中,一套房子内设置有多个控制单元,一套房子内设置1个语音模块,用一个语音模块可以控制多个控制单元、多个控制回路.由于语音模块通过接头模块与微处理器可拆卸电连接,可以根据用户需要改变语言模块的安装位置,比如将语音模块的安装位置从客厅换到卧室.

USB声卡用于将微处理器可识别的数字编码信号转换成语音数据后,通过扬声器进行播放.当用户利用麦克风输入语音数据后,成功开启照明灯控制回路中照明灯、电视控制回路中的电视、空调控制回路中的空调后,利用扬声器播放照明灯、电视、空调成功打开的信息.

3.1 系统硬件设计

具体连接方式为:树莓派Raspberry Pi的数据发送端TXD、数据接收端RXD分别与通讯模块ZG-MX00的数据接收端RXD、数据发送端TXD电连接;树莓派Raspberry Pi的端口D-、D+分别与第一RJ45接头的端口D-、D+电连接;树莓派Raspberry Pi的端口GPIO7与继电器的控制端S电连接,继电器的常开触点通过交流电源与照明灯的一端电连接,照明灯的另一端与继电器的公共端电连接;树莓派Raspberry Pi的端口GPIO5与红外模块的端口OUT电连接;树莓派Raspberry Pi的端口GPIO26与红外模块的端口OUT电连接.USB声卡CM108的端口+、-分别与麦克风电连接,USB声卡CM108的端口OUT、GND分别与音频放大器LM386的端口IN、GND电连接,音频放大器LM386的端口OUT、GND与扬声器电连接.USB声卡CM108的端口D+、D-分别与第二 RJ45接头的端口D+、D-电连接.

3.2 系统软件设计

在使用时,本语音控制系统可以与现有技术中的软件配合,实现多种数据的传输及控制.下面结合现有技术中的软件对该系统的工作原理进行描述.

利用语音模块中麦克风采集到用户发出的语音后,USB声卡将语音数据转换成微处理器可识别的数字信息,输出给微处理器;微处理器根据接收到数字信息,控制继电器的通断以及红外模块的红外线发射;在成功开启照明灯控制回路中的照明灯、电视控制回路中的电视、空调控制回路中的空调后,利用扬声器播放照明灯、电视、空调成功打开的信息.

4 结束语

总之,智能家居将极大地改变人们的日常生活,也逐渐被人们所熟知.作为一名高中生,处于这样一个良好的大环境下,在学习文化课的同时,应多思考生活中哪些人们习以为常的东西本身也是存在很多缺陷和不足的,并尽可能解决问题,使其满足科学性、实用性和创新性要求.这样不但可以带动周边人的创新积极性,也提升了自己的个人能力.

[1]张伟.面向智能家居的嵌入式语音控制系统的研究[D].郑州:郑州大学,2015.

[2]周旭.车载蓝牙语音控制系统的设计与实现[D].长春:吉林大学,2011.

汪开元,男,安徽巢湖人,巢湖市第一中学学生,研究方向为计算机应用.胡大春,男,安徽巢湖人,本科学历,巢湖市第一中学教师,研究方向为计算机.

〔编辑:张思楠〕

TU855

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.22.056

2095-6835(2017)22-0056-02