基于单片机语音识别手势控制的温感智能台灯.docx
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1、摘要随着经济的飞速发展及科技力量的不断提升,人们的生活水平有所提高。与此同时,人们也开始对生活的要求有了一定的高度。以智能家居为例,已经逐渐成为了人们生活中一个热点话题。人们对家居环境已经不仅仅是满足于外界的环境舒适,还有是对内部对家具的智能控制,从而达到当代人们所要求的智能,安全,便捷,舒适的家居环境。智能家居成为了人们对美好生活的向往的一种表达方式。全世界的智能家居公司纷纷加入到智能家居领域,电子厂商的研发可谓是浑身解数,市场竞争越逐越激烈,从各方各面让家居的每一个角落实现智能化,大到保护房屋的安全性的防盗门,小到学习办公书桌上的一盏小台灯,可谓各式各样,百家争鸣。本文主要研究是针对于智能
2、家居中一个小巧的家具,智能台灯。为了给学习人群或是办公人群提供良好的视觉环境,针对台灯的照明及控制系统进行了研究。基于STM32单片机作为主控制器,外加语音识别模块,手势识别模块及光照传感器,通过硬件电路的构建对台灯实现智能化控制。台灯的控制方式便利化和人性化满足了人们对智能台灯的基本要求,拥有较强的实用性,相信会有一定的市场前景。关键词:智能家居 智能台灯 语音识别 手势控制 温感调光AbstractWith the rapid economic development and the continuous improvement of scientific and technologica
3、l power, peoples living standards have improved. At the same time, people have begun to have a certain degree of demand for life. Taking smart home as an example, it has gradually become a hot topic in peoples lives. Peoples home environment is not only satisfied with the external environment comfor
4、t, but also the intelligent control of the internal furniture, so as to achieve the intelligent, safe, convenient and comfortable home environment required by contemporary people. Smart home has become an expression of peoples longing for a better life. Smart home companies all over the world have j
5、oined the field of smart homes. The research and development of electronic manufacturers can be described as everything. The market competition is becoming more and more fierce. From all sides, every corner of the home is intelligent, and it is to protect the safety of the house The anti-theft door
6、is as small as a small desk lamp on the desk of the study office.The main research of this article is aimed at a small furniture in smart home, smart desk lamp. In order to provide a good visual environment for the study crowd or office crowd, the lighting and control system of the table lamp was st
7、udied. Based on STM32 single-chip microcomputer as the main controller, plus voice recognition module, gesture recognition module and illumination sensor, the intelligent control of the table lamp is realized through the construction of the hardware circuit.The convenient and humanized control metho
8、d of the table lamp satisfies peoples basic requirements for smart table lamps, and has strong practicality. I believe there will be certain market prospects.Keywords: Smart home Smart desk lamp Voice recognition Gesture control Thermal dimming 目录第一章 绪论11.1智能家居的发展意义与市场前景11.1.1发展意义11.2.1市场前景11.2智能台灯的
9、研究背景与市场前景21.2.1研究背景21.2.2市场前景21.3本章小结3第二章 语音识别手势控制温感智能台灯总体设计42.1总体设计42.2基本显示功能52.2.1液晶显示模块JM12864M-252.3语音识别功能52.3.1语音识别模块LD332052.4手势控制功能62.4.1手势传感器PAJ7620U272.5温感调光功能72.5.1光照传感器BH1750FVI82.6本章小结8第三章 语音识别手势控制温感智能台灯系统介绍93.1台灯的基本介绍93.2台灯的基本功能103.3台灯的手动模式103.3.1语音识别功能113.3.2手势控制功能133.4台灯的智能模式143.4.1温感
10、调光功能143.5本章小结16结论与展望17结论17展望17参考文献19致谢21广东东软学院本科生毕业设计(论文)第一章 绪论1.1智能家居的发展意义与市场前景1.1.1发展意义近年来,我国经济环境飞速发展,人们对生活品质的不断追求和住宅智能化技术的飞速发展,智能家居的概念已经越来越频繁地出现在人们的生活当中,而这一切发展的目的都是为人类提供一个高效、舒适、便捷的生活环境。何为智能家居,智能家居即以住宅为平台,通过物联网技术将家中的各种设备都连接在一起,以实现智能化的一种生态系统,使家居生活更加便捷、舒适,是未来人们对家居生活的发展潮流和趋势。再者,智能家居产品组合智能打破了传统家具的组合模式
11、,用户可以根据个人的喜好和家庭空间的实际情况,自由组合自由搭配,达到适合用户所需从而实现智能、便捷的家居环境。1.2.1市场前景智能家居系统的概念起源于二十世纪的美国,随后,传播到欧洲、日本等国,各个国家都相继出台了能促进智能家居发展的政策,在很短的时间内得到了相当好的发展。但在我国,智能家居这一概念推广时间,直在二十世纪末智能化系统才进入国内,但发展速度惊人,二十多年的发展时间至今己存在一定数量的智能化住宅。事实上,目前我国智能家居有关研发和应用仍处于初期阶段,国家发展规划表示,智能家居作为我国培育发展战略性新兴产业的方向之一,在物联网时代的支持下,我国智能家居将会迎来一个全新的繁荣时代。在
12、我国,智能家居的起步虽然晚,相关技术水平也仍然处在初期的发展阶段,但是由于中国的人口基数非常大,刚性购房者有很大的房屋需求,伴随经济的发展使得人们的消费水平不断提高,家居质量要求随着人们生活水平的提高而提高,因而现阶段的房地产行业发展支持智能化家居产业,为房地产业的发展塑造了一个新的发展方向。由于智能家居同时涉及互联网、信息产业、制造业、家电业等多个领域,因此在各自的发展规划中,各有不同的战略定位和内容谋篇,各行各业将因此蓬勃发展。智能家居之所以能在发展规划中被国家政策所支持及其他行业所关注,主要原因是一方面,是这一新兴产业符合世界发展潮流,以及开拓互联网的广阔前景;另一方面,是这一新兴产业的
13、消费市场和空间,纷纷被各大行业所看好。随着物联网智能家居时代的发展,影响的不仅是人们的居住生态,人们的生活方式也发生了巨大的改变。据有关信息所示,未来十年,智能家居将在全球八成以上的国家普及。当然,中国无疑将成为各大行业各大公司争夺智能家居的主战场。1.2智能台灯的研究背景与市场前景1.2.1研究背景智能台灯研发服务的主要对象是学生和办公人群。主要原因是学生在青少年时期读书写字的视距过近等不正确的用眼习惯及不良好的用眼环境从而导致视力急剧下降。而办公人群也在工作时过度使用电子产品等不规范不正确的行为习惯从而引起视力减退。据2018年世界卫生组织的调查所显示,目前我国近视患者达六亿,中国青少年近
14、视率剧高居世界第一,大学生的近视率均已超过七成并逐年上升,小学生近视率接近四成。这正需要人们对保护眼睛引起重视的同时,调整好自身的用眼习惯以外,一盏智能台灯,如图1-1所示,也是保护眼睛的重要保障。图1-1市面上的智能台灯1.2.2市场前景现代社会发展速度飞快,在发展的同时,人们也为之付出相对的努力以跟上社会的进步。学生知识的学习量增大了,在大城市奋斗的人们的工作压力也逐渐增大,工作学习的同时,人们对台灯的需求量会相对增加,要求也会随之提高。事实上,未来智能家居中的智能照明领域要成为智能家居中的主战场也仅仅只是时间上的问题。据2017年智能台灯行业投资前景及投资策略研究报告中提出,中国智能台灯
15、行业的销售额为12.76亿元,销售量为299.29万台,中国智能台灯占台灯总销售额和总销售量的比重分别为37.0%和6.6%,预计2018-2022年,中国智能台灯占台灯总销量和总销售额的比重整体将继续呈现出上升的态势,可谓发展空间无限辽阔。智能台灯作为智能家居的一个重要组成部分,所承担的角色不仅仅是一盏灯和一个开关的存在,它能与家居连接成一块,全方位地为用户提供智能家居的环境与服务。目前市面上所销售的大多是传统台灯都是只配备基本的单一的照明功能,且发光体为一般灯管或LED灯都不具备保护眼睛功能。本次智能台灯的设计是在传统的台灯上添加了语音识别、手势控制、温感调光三大功能,弥补了传统台灯的不足
16、,能提供人们在学习工作的用眼环境进而保护眼睛。简单直接的控制方式还可以保护眼睛的智能台灯符合了当代人们对生活质量的提升及对智能家居的基本要求。1.3本章小结人们生活水平的提高伴随着经济的飞速发展,人们对房屋、对家居质量的需求愈发向上,国家和房地产行业也正大力支持发展智能化家居产业,现代的人们对合理用眼,科学护眼的问题越来越关注。综合这几个因素,智能台灯的出现正好符合了世界发展潮流的方向,也是人类生活当中崭新的消费市场与空间。拥有语音识别、手势控制、温感调光三大功能的智能台灯,相信会在不久的将来,快速步入人们的生活当中,逐渐成为人类生活中常见的一部分。第二章 语音识别手势控制温感智能台灯总体设计
17、2.1总体设计基于单片机语音识别手势控制的温感智能台灯,该台灯采用STM32系列的STM32F103C8T6 32位处理器作为主控制器,如图2-1,图2-2所示,负责协调液晶显示模块JM12864M-2、语音识别模块LD3320芯片、手势传感器PAJ7620U2芯片及光照传感器BH1750FVI的正常运作从而实现台灯所具备的语音识别、手势控制及温感调光三大功能。其中,语音识别模块LD3320芯片采用的是UART通信方式,手势传感器PAJ7620U2芯片及光照传感器BH1750FVI采用的是I2C通信方式。图2-1 STM32F103C8T6实物图图2-2 STM32F103C8T6引脚图2.2
18、基本显示功能为方便向使用者显示台灯当前的状态为是“智能模式”还是“手动模式”,我们在台灯上加入了一块OLED液晶显示模块JM12864M-2以显示台灯正处于的工作模式,以及显示光照传感器所收集到的光线强度LUX。2.2.1液晶显示模块JM12864M-2基于单片机语音识别手势控制的温感智能台灯,其实现台灯的显示功能所用的模块为OLED液晶显示模块JM12864M-2,如图2-3所示。JM12864M-2是汉字图形点阵液晶显示模块,因显示汉字及图形方便及低功耗而得到广泛地应用。其尺寸为0.96寸,分辨率为128*64像素。该液晶显示模块的工作电压为3.3-5V,适用于便携式系统,使用移动电源即可
19、满足供电需求,此特点比较符合应用于台灯上。图2-3 JM12864M-2液晶显示模块实物图2.3语音识别功能语言,作为人类信息交流中最重要的和最便捷的方式。人与机器的交流能否像人和人一样随心自如,是现代人对美好生活的向往所要一直探讨的问题。美国科学家诺伯特维纳曾指出:“通常,我们仅仅把语言看作是人与人之间的通信手段,但是,要使人向机器,机器向人以及机器向机器讲话,那也是完全办得到的”。智能家居中传统的家用电器的控制无外乎两种控制方式:手动或遥控。随着家用电器的增多,开关和遥控原来越多,使用极不方便。此时,我们可以采用语音识别的方式去控制台灯。例如,在深夜摸黑去开灯的时候,我们就可以很方便地说出
20、“开灯”,这么一来,显得语音识别及控制在智能家居中尤为重要。因此,我们在传统家居台灯的基础上加入了语音识别模块,以实现通过语音来控制台灯。2.3.1语音识别模块LD3320基于单片机语音识别手势控制的温感智能台灯,其实现语音识别功能所用的模块为LD3320,如图2-4所示。LD3320是一种“语音识别”的专用芯片。该芯片集成了语音识别处理器和一些外部电路,包括麦克风接口、声音输出接口等。而且,语音识别的关键词语列表支持任意动态编辑。语音识别模块LD3320有以下四个主要的特点:(1)具有快速而稳定的优化算法,可以完成非特定人语音识别。即预先设定好语音指令,并不需要用户训练和录音,即可完成语音识
21、别功能,且其准确率高达95%。(2)芯片每次可以识别最多可以设置50项的识别句,每个识别字可以是单个文字,词组,甚至是一个短句。其长度限制为不超过十个汉字或79个字节的拼音串。另一方面,识别句的内容可以随时地编辑和修改。(3)芯片支持并行和串行接口,串行方式可以与其他模块相连接。(4)芯片的工作电压为3.3V,适用于便携式系统,使用移动电源即可满足供电需求,此特点同时也比较符合应用于台灯上。图2-4 语音识别模块LD3320实物图2.4手势控制功能随着现代科技的迅速发展和人们日益的生活水平提高,智能家居的概念逐渐走入人们的视野,如今已经应用到生活各个方面。同时,随着数字图像处理、语音识别等人工
22、智能技术的飞速发展,智能的人机交互也逐渐应用于消费类电子领域。当前,语音识别技术相对而言已经比较成熟,手势控制是继语音识别技术后另一项行业大力推广的技术。手势控制应用在家具上的情况越来越常见,例如在空调、电视等家电中的应用。近年来,家电领域各厂家都针对手势控制技术而大力研究。2.4.1手势传感器PAJ7620U2基于单片机语音识别手势控制的温感智能台灯,其实现手势控制功能所用的模块为手势传感器PAJ7620U2,如图2-5所示。该芯片的内部集成了光学数组是传感器,可以识别检测出九种手势动作:上、下、左、右、前、后、顺时针旋转、逆时针旋转以及挥动。该芯片体积小,灵敏度高,兼容3.3V或5V的供电
23、环境,适用于便携式系统,使用移动电源即可满足供电需求,此特点同时也比较符合应用于台灯上。图2-5手势传感器PAJ7620U2实物图手势传感器PAJ7620U2的主要任务是实时感应识别范围内的手势活动,将感应到的手势活动信息通过手势检测模块转化并输入给控制系统模块。控制系统模块根据接收到的手势模块的电信号后,转化为数字信号生成控制信息后通过信号传输模块对目标设备(台灯)进行一系列的操作,如图2-6所示。图2-6手势控制流程图2.5温感调光功能青少年近视主要原因是在读书写字的时候视距过近等不正确的用眼习惯及不良好的用眼环境从而导致视力急剧下降,另一方面的原因是晚上在使用台灯读书写字的时候台灯的灯光
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