一種語音控制的智能風扇系統

廣東理工學院電氣與電子工程學院 周 瑩 楊志浩 覃 鳳 倪元相

隨著智能移動設備的普及，智能手機已成為萬物互聯的最佳接入口之一，既能夠實現便捷控制，又能集中控制中心于一體。本文設計了一種結合智能手機控制與語音控制的智能風扇系統，智能手機通過藍牙與控制中心通信，語音模塊通過串口與控制中心通信，并控制風扇的開關與檔位調整等操作。經過實際制作與調試，實現了對于智能風扇的控制。

隨著物聯網技術的不斷發展，其應用場景也在不斷地擴展，在工業方面，無人工廠和無人倉庫都已應用，在日常生活，智能家居是目前最有潛力的應用場所之一。近年來，短應用于智能家居的短距離無線通信方式，包括WiFi、ZigBee和藍牙等，這些無線通信方式有著各自的特點。以WiFi為主的智能家居系統，主要通過接入無線路由器，通過WiFi傳輸信號來實現控制，但存在功耗高、移動性差和接入數量受限等問題。ZigBee技術是應用最早，最為廣泛的技術之一，但是其不適于智能手機和電腦等設備，主要應用工業和大型公共場所。而藍牙技術具有低功耗、價格低廉、延時短等優點，并且現有的智能移動設備包括智能手機、平板和電腦上都自裝有藍牙模塊。加之，藍牙mesh的出現，可以實現連接點多對多的控制，解決了通信距離短等問題，是目前智能家居最好的解決方案之一。

本文以智能風扇為例，以藍牙通信的方式對家用電器進行控制，為以藍牙mesh組網和云平臺為基礎的，立體化、數字化的智能家居系統打下基礎。同時，手機控制和語音控制的方式為老年人和行動不便的人士提供極大地便利，具有較為廣闊的應用前景。

1 智能風扇系統設計

1.1 系統硬件設計

該系統主要是通過使用手機和語音系統來自動控制一個電風扇開關，一個電風扇轉速的搖頭,一個電風扇轉速等。手機的藍牙或語音模塊是將單片機的接口處IO口，藍牙模塊或語音識別模塊向單片機輸出一個高低電平的信號，然后經由單片機轉換開關來進行控制繼電器的啟動，以便于達到使用手機或語音模塊經由它們來進行控制的繼電器風扇。最小一個系統的焊接再加上一個藍牙模塊就可以組成了一個下位機，用一臺手機作為上位機，通過一臺手機的藍牙系統與一臺單片機之間進行連接，便能夠通過一臺手機來控制一臺電風扇的工作狀態。系統設計的總體方案框圖如圖1所示。

圖1 系統組成框圖

1.2 系統軟件設計

本次設初始和優化部分工作全部完成以后，該整個系統首先可能需要同時啟動一個新的藍牙耳機串口模塊通訊控制模塊，保證該系統藍牙串口模塊與其他移動設備藍牙串口控制器的終端之間能夠同時完成一個相應的信號匹配。單片機通過串口進行通信的一種工作方式是用來直接實現和風扇上的藍牙控制模塊之間的自動通信，單片機對整風扇上的藍牙控制模塊在風扇接收時刻所發送的控制指令信號數據首先進行了自動解析，然后向藍牙輸出一個自動控制指令數據給風扇繼電器藍牙開關，從而直接有效實現了對藍牙開關的自動控制。系統流程如圖2所示。

圖2 系統流程圖

2 主要電路設計

2.1 藍牙模塊電路設計

系統的全部藍牙射頻通信外圍電路一般都是直接采用新的HC-05模塊進行設計來直接將其作為它們所設計的核心，加以外圍射頻通信電路的模塊進行直接實現來完成整個系統的全部藍牙射頻通信外圍電路的結構設計，藍牙部分的外圍電路及其整體框架結構設計如圖3所示。

圖3 HC-05通信模塊電路圖

2.2 語音模塊電路設計

本模塊實際原理為STC89C51單片機和LD3320組合形成的一款語音識別模塊，具備16個單片機IO口的引出，可與外部單片機進行通信交互信息亦可控制繼電器等設備，語音模塊電路原理圖如圖4所示。

圖4 語音模塊原理圖

3 系統調試與實現

本系統所設計的設計APP界面如圖5所示，語音按鍵代表開啟語音模式，可以通過外置麥克風輸入指令，實現對風扇的控制。其他按鍵分別是代表通過手機可實現控制功能，手機只需打開藍牙設備，連接即可實現。

圖5 語音模塊原理圖