本發(fā)明屬于智能家居和嵌入式應用領域，具體涉及一種基于zigbee和語音識別的智能家居系統(tǒng)。

背景技術：

房屋作為人們日常主要活動場所之一，其設施環(huán)境和人們的身心健康息息相關。隨著科學技術的飛速發(fā)展，人們對房屋提出了智能化、安全化、節(jié)能化等更多需求。傳統(tǒng)智能家居存在著以下三個方面的問題：（1）大多利用總線技術將家居設備連接在一起，帶來家居布線復雜、維護難度大、維護成本高等問題。（2）對室內環(huán)境信息采集較少，隨著全球空氣質量日益下降，室內氣體檢測尤為重要。（3）需要使用者對智能化設備有一定了解，開關、按鍵和終端設備操作復雜，老人和小孩控制難度大。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于zigbee和語音識別的智能家居系統(tǒng)，利用zigbee無線傳感網絡采集室內多位置的環(huán)境信息，通過語音作為人機交互方式，控制家居設備，解決了上述布線復雜、維護難度大和適用人群范圍小等問題。

為達到上述目的，本發(fā)明的構思如下：

該系統(tǒng)基于zigbee無線網絡、語音識別、arm單片機等，采集室內多個位置的環(huán)境信息并顯示。環(huán)境信息包括溫度、濕度、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、煙霧等，信息異常時，通過燈光、蜂鳴器提示室內用戶；通過gprs模塊發(fā)送報警信息給不在室內的用戶。另一方面，語音識別模塊識別用戶發(fā)送的語音信息，識別信息傳遞到arm主控芯片通過外接繼電器控制家電設備。

根據(jù)上述構思，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種基于zigbee和語音識別的智能家居系統(tǒng)，包括環(huán)境信息獲取終端、人機交互終端、主控制器及執(zhí)行機構；所述環(huán)境信息獲取終端由zigbee終端節(jié)點和協(xié)調器構成，zigbee終端節(jié)點連接各個傳感器獲取環(huán)境信息，并將環(huán)境信息通過搭建的zigbee無線網絡發(fā)送至協(xié)調器；所述人機交互終端由語音識別模塊和液晶顯示屏構成，語音識別模塊獲取用戶的語音信息，并將語音信息進行識別，液晶顯示屏將環(huán)境信息和安全信息反饋給用戶；所述主控制器指以arm芯片搭建的系統(tǒng)，接收并處理通過環(huán)境信息獲取終端獲得的環(huán)境信息以及通過人機交互終端獲得的語音識別信息，進而驅動執(zhí)行機構的相應的設備。

所述環(huán)境信息獲取終端由若干zigbee終端節(jié)點和一個協(xié)調器構成，所述zigbee終端節(jié)點連接傳感器系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)包括溫濕度傳感器、co2濃度傳感器、煙霧傳感器，傳感器系統(tǒng)采集環(huán)境信息發(fā)送至若干個zigbee終端節(jié)點，zigbee終端節(jié)點將信息匯總至協(xié)調器，再通過串口發(fā)送至主控制器。

所述人機交互終端包括語音識別模塊和液晶顯示屏，所述語音識別模塊基于ld3320芯片，該芯片內部集成了快速及穩(wěn)定的算法，在使用前不需要提供大量的語音數(shù)據(jù)進行訓練，最多能夠寫入50個關鍵詞進行語音識別，識別結果通過串口發(fā)送至主控制器；所述液晶顯示屏顯示環(huán)境信息及安全信息，所述環(huán)境信息包括室內溫濕度、co2濃度、煙霧參考值；所述安全信息通過主控制器將接收到的實時環(huán)境參數(shù)和預先設定的環(huán)境參數(shù)閾值對比，綜合分析出結果通過液晶顯示屏反饋給用戶。

所述主控制器基于stm32f103系列芯片，接收協(xié)調器采集的環(huán)境信息和語音識別模塊的語音命令識別信息，綜合分析后，將環(huán)境信息和安全信息輸出到液晶顯示屏及驅動執(zhí)行機構完成用戶指示的動作。

所述執(zhí)行機構包括家電設備、通信設備和報警設備；所述家電設備指家居中的電燈、窗簾、電視和空調，主控制器通過普通i\o引腳連接繼電器驅動家電設備；所述通信設備指gprs模塊，通過串口和主控制器通信，完成撥打用戶電話和給用戶發(fā)送短信的功能；報警設備指蜂鳴器，通過主控制器普通i\o口和三極管驅動，發(fā)生緊急情況時發(fā)出尖銳的聲音提醒用戶。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點：

本系統(tǒng)通過語音識別芯片的應用，結合zigbee網絡和傳感器系統(tǒng)對家居環(huán)境數(shù)據(jù)的采集，利用蜂鳴器和gprs遠程通信作為系統(tǒng)報警裝置，首先實現(xiàn)了用戶語音控制家電設備，而不是閱讀復雜的說明書或者操控繁多的按鍵，然后用戶了解家居環(huán)境更加具體，最后用戶居住環(huán)境安全性大大提高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明智能家居系統(tǒng)的概念圖。

圖2為本發(fā)明智能家居系統(tǒng)的整體架構圖。

圖3為本發(fā)明智能家居系統(tǒng)的硬件連接示意圖。

圖4為本發(fā)明智能家居系統(tǒng)的zigbee網絡拓撲結構。

圖5為本發(fā)明智能家居系統(tǒng)的zigbee終端節(jié)點工作流程圖。

圖6為本發(fā)明智能家居系統(tǒng)的zigbee協(xié)調器工作流程圖。

圖7為本發(fā)明智能家居系統(tǒng)的語音識別模塊工作流程圖。

圖8為本發(fā)明智能家居系統(tǒng)的主控制器工作流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施例做一詳細描述。

如圖1至圖3所示，一種基于zigbee和語音識別的智能家居系統(tǒng)，包括環(huán)境信息獲取終端8、人機交互終端2、主控制器3及執(zhí)行機構4；所述環(huán)境信息獲取終端8由zigbee終端節(jié)點6和協(xié)調器7構成，zigbee終端節(jié)點6連接各個傳感器獲取環(huán)境信息，并將環(huán)境信息通過搭建的zigbee無線網絡5發(fā)送至協(xié)調器7；所述人機交互終端2由語音識別模塊201和液晶顯示屏202構成，語音識別模塊201獲取用戶的語音信息，并將語音信息進行識別，液晶顯示屏202將環(huán)境信息和安全信息反饋給用戶1；所述主控制器3指以arm芯片搭建的系統(tǒng)，接收并處理通過環(huán)境信息獲取終端8獲得的環(huán)境信息以及通過人機交互終端2獲得的語音識別信息，進而驅動執(zhí)行機構4的相應的設備。

所述環(huán)境信息獲取終端8由若干zigbee終端節(jié)點6和一個協(xié)調器7構成，所述zigbee終端節(jié)點6連接傳感器系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)包括溫濕度傳感器601、co2濃度傳感器602、煙霧傳感器603，傳感器系統(tǒng)采集環(huán)境信息發(fā)送至若干個zigbee終端節(jié)點6，zigbee終端節(jié)點6將信息匯總至協(xié)調器7，再通過串口發(fā)送至主控制器3。zigbee終端節(jié)點6的工作流程如圖5所示。

家居內zigbee網絡節(jié)點分布如圖4所示，采用星型網絡拓撲結構將若干zigbee終端節(jié)點6分布在室內的客廳、衛(wèi)生間、臥室和廚房，每個zigbee終端節(jié)點6單獨供電并連接傳感器，獲取放置點的環(huán)境信息，在門口放置協(xié)調器7來匯聚各個zigbee終端節(jié)點6的環(huán)境信息，zigbee網絡節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸范圍在七十米左右，滿足房屋內zigbee終端節(jié)點6和協(xié)調器7之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x要求。

所述人機交互終端2包括語音識別模塊201和液晶顯示屏202，所述語音識別模塊201基于ld3320芯片，該芯片內部集成了快速及穩(wěn)定的算法，在使用前不需要提供大量的語音數(shù)據(jù)進行訓練，最多能夠寫入50個關鍵詞進行語音識別，識別結果通過串口發(fā)送至主控制器3；所述液晶顯示屏202顯示環(huán)境信息及安全信息，所述環(huán)境信息包括室內溫濕度、co2濃度、煙霧參考值；所述安全信息通過主控制器3將接收到的實時環(huán)境參數(shù)和預先設定的環(huán)境參數(shù)閾值對比，綜合分析出結果通過液晶顯示屏202反饋給用戶1。

所述主控制器3基于stm32f103系列芯片，接收協(xié)調器7采集的環(huán)境信息和語音識別模塊201的語音命令識別信息，綜合分析后，將環(huán)境信息和安全信息輸出到液晶顯示屏202及驅動執(zhí)行機構4完成用戶1指示的動作。

所述執(zhí)行機構4包括家電設備401、通信設備402和報警設備403；所述家電設備401指家居中的電燈、窗簾、電視和空調，主控制器3通過普通i\o引腳連接繼電器驅動家電設備401；所述通信設備402指gprs模塊，通過串口和主控制器3通信，完成撥打用戶1電話和給用戶1發(fā)送短信的功能；報警設備403指蜂鳴器，通過主控制器3普通i\o口和三極管驅動，發(fā)生緊急情況時發(fā)出尖銳的聲音提醒用戶1。

如圖8所示，本發(fā)明智能家居系統(tǒng)的工作流程如下：

步驟1，通用初始化：設置系統(tǒng)工作時鐘頻率，配置led指示燈引腳，初始化液晶顯示屏202；

步驟2，串口配置：本系統(tǒng)環(huán)境信息獲取終端8、人機交互終端2、gprs模塊都通過串口與主控制器3進行數(shù)據(jù)通信，配置串口，開串口中斷并配置優(yōu)先級；

步驟3，進入循環(huán)，等待中斷：步驟1和步驟2完成后，系統(tǒng)循環(huán)掃描按鍵，有按鍵按下則執(zhí)行相應的功能，然后將傳感器數(shù)據(jù)更新到液晶顯示屏202，若更新的數(shù)據(jù)超出預先設定范圍，執(zhí)行步驟7；若沒有超出設定范圍，執(zhí)行步驟3；若循環(huán)過程發(fā)生串口中斷，執(zhí)行步驟4；若沒有發(fā)生串口中斷，執(zhí)行步驟3；

步驟4，串口中斷處理：包括協(xié)調器7中斷和語音識別中斷。協(xié)調器7中斷產生如圖6所示：首先協(xié)調器7進行通用初始化及組網，然后搜索查詢附近終端節(jié)點的連網請求，建立連接后接收zigbee終端節(jié)點6發(fā)送過來的傳感器信息，協(xié)調器7將這些信息通過串口發(fā)送至主控制器3。若協(xié)調器7對應的串口發(fā)生中斷，執(zhí)行步驟6。語音識別中斷如圖7所示：首先語音識別模塊201進行初始化，然后將識別關鍵詞寫入到ld3320芯片中，當有語音輸入時進行識別，當識別結果與一級預設指令匹配后進入二級指令識別，最后將匹配度最高的識別結果通過串口發(fā)送至主控制器3。若語音識別模塊201對應的串口發(fā)生中斷，執(zhí)行步驟5；

步驟5，主控制器3對語音識別模塊201輸出的識別號進行判斷后，調用執(zhí)行機構4完成識別號對應的功能；

步驟6，主控制器3對協(xié)調器7發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包進行解析，解析并更新傳感器采集的環(huán)境數(shù)據(jù)；

步驟7，數(shù)據(jù)異常處理：蜂鳴器發(fā)出聲音報警并延時，若數(shù)據(jù)仍然異常，主控制器3通過向gprs模塊對應的串口發(fā)送數(shù)據(jù)，然后gprs模塊將報警信息以短信的形式發(fā)送給用戶1。