一种基于语音控制的智能家居系统的制作方法

[0001]
本实用新型涉及智能家居技术领域，特别是基于语音控制的智能家居系统。


背景技术：

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智能家居系统在中国的发展历经三代发展：第一代是普通的家居，基本上都是采用红外、手机触摸或平板触摸等控制；第二代的智能家居系统应该广泛采用语音识别、手势识别等生物识别技术来进行控制；第三代智能家居系统则应该满足真正的智能化，即采集用户数据信息得到用户的行为规范进而为用户智能化地服务。因此，本实用新型考虑到目前家居现状，集中研究智能家居语音控制系统的实现问题。
[0003]
在智能家居中控制传统的家用电器，有下面这些操作方法：直接手动或者借助遥控。但家里的电器慢慢在增多，当这些家用设备增多之后，手动的方式就显得比较繁杂了，操作不太方便。这时，系统可以通过语音控制家电，例如，在太阳光太亮时，系统可以直接说出“关闭窗帘”，因此语音识别及控制技术在智能家居中尤其重要。
[0004]
为此我们研发了基于语音控制的智能家居系统。


技术实现要素：

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本实用新型目的是为了克服现有技术的不足而提供基于语音控制的智能家居系统，具有满足用户在不同场景下直接控制场景所需设备的要求，根据家用设备的类型选择自动控制方式，查询设备运行信息，保障用户信息安全等优点。
[0006]
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于语音控制的智能家居系统，包括中心控制模块、语音处理模块、扩展板电路板、控制板模块、传感器、触摸屏、4g/5g模块与终端/手机，所述语音处理模块、所述4g/5g模块、所述扩展板电路板和所述触摸屏分别与所述中心控制模块电性连接，所述4g/5g模块与所述语音处理模块进行双向数据传输，并且通过无线网络与所述终端/手机进行信号连接，所述控制板模块控制所述扩展板电路板动作，所述扩展板电路板将所述传感器接收的信号传输给所述中心控制模块，所述语音处理模块或者所述终端/手机查询家用设备的状态和运行情况，并且将所述传感器接收的信号发送至不同的家用设备。
[0007]
优选的，所述中心控制模块包括相互连接的设备控制模块、场景设置模块与用户管理模块。
[0008]
优选的，所述语音处理模块包括依次连接的语音识别模块、r485总线、rs485/rs232接口、单片机与继电器输出模块，所述单片机对所述语音识别模块的命令进行译码识别，并通过所述继电器输出模块输出。
[0009]
优选的，所述语音处理模块包括依次连接的语音识别模块、r485总线、rs485/rs232接口、单片机与红外发射模块，所述单片机对所述语音识别模块的波形进行合成，并通过所述红外发射模块发出。
[0010]
优选的，所述用户管理模块包括通过数据连接的用户登录模块与用户信息管理模
块。
[0011]
优选的，所述场景设置模块包括回家模式与影院模式，任意选择所述回家模式或者所述影院模式。
[0012]
优选的，所述设备控制模块包括相互连接的设备配置管理模块、语音控制模块与设备状态管理模块。
[0013]
由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：
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本实用新型所述基于语音控制的智能家居系统，智能家居语音控制系统经过场景设置模块可以满足用户在不同场景下直接控制场景所需设备的要求；设备控制模块不仅可以通过手机客户端进行控制生活设备，还可以通过语音进行控制，并且也可以查询设备的状态和运用情况；用户管理模块结合了安卓客户端登陆优点，通过与服务器的交互信息，获得权限后，进入家电控制，使用加密的信息，保障了用户的信息安全。
附图说明
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附图1为本实用新型所述基于语音控制的智能家居系统的框架结构示意图；
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附图2为本实用新型所述基于语音控制的智能家居系统的语音控制流程图；
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附图3为本实用新型开关设备控制原理图；
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附图4为本实用新型红外遥控原理图；
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附图5为本实用新型所述中心控制模块的结构示意图；
[0020]
附图6为本实用新型所述用户管理模块用例图；
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附图7为本实用新型所述场景设置模块用例图；
[0022]
附图8为本实用新型所述设备控制模块用例图。
具体实施方式
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下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
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附图1中，基于语音控制的智能家居系统，包括中心控制模块、语音处理模块、扩展板电路板、控制板模块、传感器、触摸屏、4g/5g模块与终端/手机。本实用新型主要是以嵌入式技术，4g/5g技术，语音识别的原理为基础，设计出一个基于arm微控制器的智能家居监控系统。系统采用arm微控制器(中心控制模块)，信息采集和分析模块(传感器)、语音处理模块、触摸屏等模块共同组成。
[0025]
语音处理模块、4g/5g模块、扩展板电路板和触摸屏分别与中心控制模块电性连接。4g/5g模块与语音处理模块进行双向数据传输，并且通过无线网络与终端/手机进行信号连接。控制板模块控制扩展板电路板动作，扩展板电路板将传感器接收的信号传输给中心控制模块。语音处理模块或者终端/手机查询家用设备的状态和运行情况，并且将传感器接收的信号发送至不同的家用设备。
[0026]
附图2中，用户在室内模式下，通过打开语音功能，对着话筒使用普通话发出相应的指令，话筒采集到语音指令后，使用系统自带的语音识别包来分析得出相应的指令信息，通过打包发送到单片机信号采集器，获取指令，并且实现相应的命令。流程如下：先启动程序，将系统初始化；语音输入，申请一个会话；判断是否有空闲资源，如果没有，重新回到语音输入阶段；如果有空闲资源，创建识别，调用指定词表；再激活识别引擎，设置参数；然后
加载语法，识别语音数据，判断是否为语音终点；如果不是，返回中心加载语法；如果是，获取识别结构；再判断是否停止语音识别；如果不停止，返回语音输入阶段，重新开始；如果停止，语音识别结束。
[0027]
附图3中，语音处理模块包括依次连接的语音识别模块、r485总线、rs485/rs232接口、单片机与继电器输出模块，单片机对语音识别模块的命令进行译码识别，并通过继电器输出模块输出。语音处理模块板子上的语音识别模块的输入端发出了指令信号，从而控制灯、加湿器等的开关，例如：开/关这些基本主要功能；语音接收到人声发出的位于卧室、客房、厨房等不同电器；备用控制为手动。
[0028]
开关设备的操作基本是通过控制的终端收到信号后，对设备开始进行信号发送，例如“电视机开”，接收端迅速的经过与内置数据集中的命令比较并得到相应的命令，把“电视机开”的命令发送至usb口，同时转换上rs485的总线通信，最后转换接口转换rs232类型的数据信号，此时对应的硬件在下层会获得对应的信号，然后便准确翻译电脑的机器码，并分辨此驱动相对应的受控端，在对应的板子上准确发送高位置的电平信息“1”，使得控制后面对应的开关，让卧室口的灯光打开，从而完成整个识别和控制的过程。
[0029]
附图4中，语音处理模块包括依次连接的语音识别模块、r485总线、rs485/rs232接口、单片机与红外发射模块，单片机对语音识别模块的波形进行合成，并通过红外发射模块发出。系统可以通过人声来控制热水器、电视机这些和红外相关的电器，系统让系统的板子可以学习不同类型波段的红外，让这些信号经过软件后，处理成系统想要的信号，进而来对这些红外相关的电器进行操控。
[0030]
单片机获得遥控板按键编码相应的信号是使用rs-485总线取出的，使用程序来合成的是按键的红外线波形，控制电视机的开关是使用红外发出红外波形跟电视的遥控器波形保持一致，进而可以对空调类似的一些遥控设备控制。它的原理如下：
[0031]
红外控制，为了收集到遥控所发出的信号，并且深刻的分析和解码，通过底层准确的特定的处理，精确地发出上升和下降的信号，同时计算信号的准确宽度，并确定了每个功能键要记录的信息，然后用文字记录存储到文本中，方便主板进行解析。
[0032]
红外遥控主要应用于家用电器的控制，因为不论电视还是空调都是用遥控器来进行控制的，所以红外遥控的应用更加方便用户直接通过语音或手机客户端控制家用电器。
[0033]
附图5至附图8中，中心控制模块包括相互连接的设备控制模块、场景设置模块与用户管理模块。
[0034]
用户管理模块包括通过数据连接的用户登录模块与用户信息管理模块。即系统管理，系统管理用例如下：
[0035][0036][0037]
场景设置模块包括回家模式与影院模式，任意选择回家模式与影院模式中的一种。
[0038]
场景模式指的是用户通过设置可以实现家居设备的联动操作，对一系列设备的控制操作一次性完成，而不必一个一个单独进行操作，可使用户更加方便快捷的控制家庭电器设备。系统本身预设一部分常用场景，用户也可自定义添加场景。具体流程场景如下：
[0039]
用户成功登录智能家居客户端系统后，进入程序的主界面。
[0040]
单击场景模式，从服务器/网关处读取系统预设和用户自定义的场景模式数据并以列表的形式显示，选中列表中的某一项进行开启或关闭操作。若收到“操作成功”的反馈信息，则表明该场景模式己生效。
[0041]
按下场景模式并保持两秒钟以上，进入场景模式的编辑界面。点击添加场景，可自定义一个新的场景模式并添加该场景模式中需关联的设备。
[0042]
在场景模式的编辑界面，按下列表中的某个已有场景两秒钟以上，可以修改或删除该场景模式。
[0043]
设备控制模块包括相互连接的设备配置管理模块、语音控制模块与设备状态管理模块。设备控制模块即设备控制管理，设备控制管理用例主要描述用户在系统中如何实现灯光控制、电视控制、空调控制等操作，并且能够获知设施的状态。
[0044]
设备控制管理用例如下表：
[0045][0046]
本智能家居系统包括了两个主要方面：智能网关与android客户端。android智能设备是控制终端，在终端设备上进行安装软件程序之后，用户便可以通过手机界面控触来与家中的智能设备进行交互。而控制网关就是中间的桥梁，将手机或者是平板电脑上的操作指令转发至家居设备，同时将家居设备的状态信息也发送到手机或者平板上。而手机或者平板电脑与智能网关之间的通信也是通过无线网络来实现的。
[0047]
android智能移动终端设备通过wifi与家中的无线路由器进行连接，与此同时，智能网关设备也连接到了无线路由器上。家庭网络中的无线路由器也就成了移动终端与智能网关设备相互联结的桥梁。当用户通过移动智能终端对家中的智能设备进行操控时，相关的操作信息就会通过无线网络传送到智能网关总机上，然后智能网关会把控制信息再交给智能家居设备。经过剖析解码，将命令传给家具设备，执行控制，同时智能网关接收设备返回信息。此时数据库也会对相关的操作信息进行“记载”。当控制网关接收到设备的相关信息之后，它也会通过无线网络把这些设备信息传递给移动终端设备，从而来实现android移动智能终端设备对智能家居设备的控制操作。
[0048]
嵌入式系统的软件系统结构包括：
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引导加载程序。可分为采用应用于固件(firmware)内部的bootloader启动代码和boot代码两个模块。
[0050]
操作系统内核。操作系统的“大脑”，主要功能包括设备管理，内存分配，进程管理等，通常还包括内核的启动参数等。
[0051]
文件系统。系统中各种文件的组成和存储形式，在嵌入式系统开发中，ramdisk应用较多，它带有解压缩功能，可以减少占有的存储空间。
[0052]
用户应用程序。嵌入式当中主要包括两个主要的图形用户界面：gnome和kde，它们主要构建于内核层和用户应用程序之间，方便用户的选择和操作。
[0053]
本系统采用linux操作系统，内核版本：2.6.9，同时移植qtopial7.0作为系统应用程序框架，文件系统采用root版本。下面介绍构建系统和开发环境的详细过程：
[0054]
拿到板子后，首先将相应的硬件接口连接起来，启动目标板和pc机上的虚拟机
android系统。智能家居系统的主要功能有：数据通过zigbee无线网络传输、个性化的场景设置，对各个房间智能家居设备的控制，主动学习功能。
[0055]
语音处理模块或者终端/手机查询家用设备的状态和运行情况，通过中心控制模块将传感器接收的信号发送至不同的家用设备。
[0056]
以上仅是本实用新型的具体应用范例，对本实用新型的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本实用新型权利保护范围之内。