Arduino语音控制智能家居
摘要：本设计将Arduino控制板作为核心，外接各类传感器件和语音控制器。首先确定本系统要实现的具体功能都有哪一些,例如：语音触发命令，识别开关灯命令，识别温湿度检测数据命令，语音播报出温湿度数值，检测家居危险气体的浓度，语音口令垃圾关键词辨别等，还可以进行比较简略的人机对话，。因此需要针对功能进行传感器模块的选取，并设定传感器模块与Arduino之间的通信接口的分配，连接硬件搭建系统平台。软件部分：编写各个传感器子程序，终究实现语音节制家居环境的温湿度、空气质量、照明设备、家电产品等。本系统具有两大亮点，一：语音触发口令，二：安全监控报警系统。除此以外，本系统的操作系统极其简单，开发建设的成本不高，能够被大多数人所接受，适合大量使用。
关键字：Arduino；传感器；智能家居；语音触发口令；安全监控
Arduino voice control smart home.
Abstract: This design takes the Arduino control board as the core, and connects all kinds of sensors and voice controllers. First of all, determine the specific functions of the system, such as: voice trigger commands, identification of switch light commands, recognition of temperature and humidity data commands, speech broadcast temperature and humidity values, detection of the concentration of home dangerous gas, speech password garbage key words discrimination and so on. In addition, simple man-machine interaction and simple dialogue can be carried out. Therefore, we need to select the sensor module for the function, and set the communication interface between the sensor module and the Arduino, and connect the hardware system platform. Software part: compiling various sensor subroutines, and ultimately achieving voice control of home temperature, humidity, air quality, lighting equipment, household appliances and so on. This system has two bright points: 1: voice trigger password; two: safety monitoring alarm system. In addition, the operation system of the system is very simple, and the cost of development and construction is not high, which can be accepted by most people and suitable for mass use. Keywords: Arduino; sensor; smart home; voice triggered password; security monitoring
目录
一、绪论 4
1.1 Arduino语音控制智能家居的背景 4
1.2课题研究目的 4
1.3 国内外发展现状 4
1.3.1 国内智能家居技术发展情况 4
1.3.2 国外智能家居技术发展情况 5
1.4 课题研究的内容 5
二、系统分析 7
2.1 需求分析 7
2.2 可行性分析 7
2.3 系统框架 7
三、智能家居硬件介绍 9
3.1 Arduino核心控制器 9
3.2语音控制模块 11
3.2.1 SYN6288中文语音合成模块 11
3.2.2中文语音识别模块 12
3.3传感器感知端 15
3.3.1温湿度传感器模块 15
3.3.2气体传感器 16
3.3.3环境光线传感器 16
3.3.4继电器模块 17
3.4系统硬件连接说明 17
四、系统的软件设计 18
4.1 Arduino软件开发环境 18
4.3系统主程序 19
4.4初始化程序 20
4.5语音控制程序 21
4.6传感器子程序 22
五、总结 26
5.1系统调节 26
5.2系统功能 26
5.3功能小结 27
致谢： 28
参考文献： 29
附录： 30
一、绪论
1.1 Arduino语音控制智能家居的背景
在这个经济、信息和计算机科学快速发展的时代，信息化已经融入了人们的生活。信息化使人们生活的方方面面都发生了巨大的改变，例如传统的家居生活已经不能满足，家居也向智能化方向发展。人们物质生活越来越富裕，对家庭的需求不仅仅是物理空间，也是一个安全，便利，舒服的家居环境。
一般来说，智能家居连接照明、家用电器、家庭影院、危险气体报警、遥控、电动窗帘、安全设备、背景音乐等，成为一个单一的网络物联网。经由控制管理平台，对智能家居进行统一调度，实现家庭设施的自动化和智能化，给用户带来了快速、便捷、舒服的安全保障体验。智能家居作为物联网应用的一个方面，可分为三层分别是应用层，传输层，硬件层，本系统主要研究硬件层。
智能语音技术包括了辨别语音和合成语音数据两方面，从而为用户提供服务。在当今社会，智能控制已成为最受欢迎的发展区域。
1.2课题研究目的
本系统是建立在居民生活的方便和高效率的基础上，随着科技的不断发展与创新，人们生活水平不断提高，传统的家居已经不能够满足人们的需求，所以为了改善传统住宅的落后控制方法和不便使用的当前弊端。这次设计的智能控制器取代了传统家庭的手动控制，不仅效率高，而且效果显着，更具有成本低，使用方便，可控性强，居家便利性好，舒适度高，适应当代快节奏的生活方式，可以很大程度上改变人们的生活水准。
1.3 国内外发展现状
1.3.1 国内智能家居技术发展情况
在中国普通人民群众对智能家居还不是很明白，对它还没有一个理论性的概念，但我相信随着智能家居市场进一步推广使用，智能家居观念的普及，智能家居的市场就会被完全打开，人们对它发热爱程度会持续怎搞，带动消费持续增加，有着很好的发展前景。
正是因为这个原因，智能家居吸引了国内一些优秀的企业，投入了大量的资金和人力来研究开发智能家居行业，研究人们对智能家居市场的需求，以便更好的确定公司智能家居的发展方向，逐步的打造出了智能家居公司和品牌，他们成为了智能家居行业的先行者，领导者。在过去的时间里，中国人的家居梦，从最初的梦想，到今天智能家居和我们的生活息息相关，经历了一个漫长艰难的过程。
1.3.2 国外智能家居技术发展情况
美国作为智能家居的起源地，自从研制出世界上第一座智能建筑以来，智能家居犹如星星之火一般迅速地从美国，发展到了全世界各个国家，尤其是加拿大，澳大利亚等经济发达国家。智能家居已经在美国等发达国家广泛使用，应用到了各个行业。例如韩国民房、大楼的基础设施大部分都使用了智能家居。和韩国一样，日本的也广泛的被使用，他们的智能家居行业已经有了一定的体系化，开发、设计、施工有初步的规模化与集团化，智能家居系统已经深入到居民生活的方方面面，应用程度非常高，因此智能家居领域的竞争可以说是上升到了国家的高度。
1.4 课题研究的内容
本课题研究的内容是Arduino语音控制智能家居，其中包含语音智能家居的制作想法、硬件平台搭建的选择，软件编程代码实现功能的介绍。其中硬件电路的设计，主控制器的比较选择，根据功能选择合适的传感器，根据传感器的环境编写软件算法来控制整个系统数据的采集和运行。传感器检测端和语音控制组成了这套语音智能家居系统。本系统像盖楼一样采用叠加的方法，Arduino作为底座，首先连接语音识别板，在连接扩展板，最后把检测温度、湿度、危险气体、光线、LED的传感器和继电器连接到扩展板上。
第一章是绪论，主要介绍智能家居研究的意义及其近况发展前景。
第二章是系统阐述，按照课题阐述必要的功能，课题的可行性能否实现。
第三章为系统硬件介绍简介、功能及其注意事项。
第四章为智能家居软件介绍，介绍各个模块的所需要的传感器的相关参数、引脚连接以及程序设计。
第五章为总结，包括调试系统、功能总结、测试情况和结果分析。
这套智能家居系统可以准确的把家居环境的参数显示出来，与程序设定的阈值做比较，做出一系列的操作。如控制室内光照、起到开灯、关灯的功能，播报当前的温湿度数值，危险气体超标时，会响起警报，提醒主人及时的撤离危险区域。
二、系统分析
2.1 需求分析
智能家居复杂的概念其实可以总结归纳为两大点，第一点：让房屋和家庭设施告诉主人它目前的状态；第二点：用户通过特殊的方式来告诉家居需要怎么去做，达到主人想要的居住环境。例如：房屋的自然环境状况，家用电器的工作情况，灯泡光线亮暗等一些信息的反馈。
本设计的目的就是设计一个方便简捷有效的模拟语音控制智能家居系统，从环境光线强度的感知、温湿度的采集、气体的实时检测，到根据光线强度的信号信息判断是否需要开灯，感测有害气体立即法出警报并语音播报检测到的当前情况，从而实现基本的语音控制智能家居的研究。
2.2 可行性分析
根据上文中需求分析，需要语音识别模块，来识别主人的语音命令，语音合成模块通过小喇叭语音播报出家居目前的各个情况信息。通过温湿度传感器，给两个参数，模拟量信息，转换，实现家居环境温湿度的测量，利用气体传感器/环境光线传感器实现周围环境的危险气体和光线强度的调整与播报，还可以实现危险气体的报警功能，使得智能家居更加的安全可靠。
综上所述，本设计的功能完全可以实现。
2.3 系统框架
本系统以Android控制板为底层架构，温湿度传感器，LED模块，MQ5气体传感器，环境光线传感器，继电器模块等传感器为感知端，语音识别/合成模块为控制端，组成了一个小型的智能家居系统。可以实现语音辨认，执行开灯、关灯操作，检测家居里面的危险气体浓度，温度，湿度，光线亮暗并成功的语音播报出来，提醒主人进行相关的操作，对未识别的口令进行询问，控制环境的光照强度，对垃圾关键字进行排除，减少误操作。
（1)Arduino核心处理模块硬件部分由Arduino UNO控制板，软件部分由标
准的程序编译器和程序下载器；
（2)传感器系统由温湿度传感器，气体传感器，环境光线传感器，RLED灯模
块组成。
（3)语音识别/合成部分：中文语音识别模块Voice Recognition ，语音合
成模块Speech组成.
参考文献：
[1]智能家居语音控制系统的设计 付慰；唐鹏光；李倩 2014-01-20
[2]智能家居语音控制系统的设计与实现 陈哲 电子科技大学 2013-09-25
[3] 基于Arduino的机器人写字系统的设计与实现 洪智 合肥学院 2012-02-22
[4] 基于Arduino单片机的智能家居系统 张荣飞 山东科技大学 2016-05-21
[6]基于安卓智能家居远程控制系统 池晓宝. 南京师范大学. 2017
[7]基于Android的智能家居控制系统上设计与实现山东建筑大学. 2013
[8]基于Android的节能型智能家居系统的设计与研究 倪亚玲. 电子科技大学. 2017
