一种语音控制的智能风扇系统

广东理工学院电气与电子工程学院 周 莹 杨志浩 覃 凤 倪元相

随着智能移动设备的普及，智能手机已成为万物互联的最佳接入口之一，既能够实现便捷控制，又能集中控制中心于一体。本文设计了一种结合智能手机控制与语音控制的智能风扇系统，智能手机通过蓝牙与控制中心通信，语音模块通过串口与控制中心通信，并控制风扇的开关与档位调整等操作。经过实际制作与调试，实现了对于智能风扇的控制。

随着物联网技术的不断发展，其应用场景也在不断地扩展，在工业方面，无人工厂和无人仓库都已应用，在日常生活，智能家居是目前最有潜力的应用场所之一。近年来，短应用于智能家居的短距离无线通信方式，包括WiFi、ZigBee和蓝牙等，这些无线通信方式有着各自的特点。以WiFi为主的智能家居系统，主要通过接入无线路由器，通过WiFi传输信号来实现控制，但存在功耗高、移动性差和接入数量受限等问题。ZigBee技术是应用最早，最为广泛的技术之一，但是其不适于智能手机和电脑等设备，主要应用工业和大型公共场所。而蓝牙技术具有低功耗、价格低廉、延时短等优点，并且现有的智能移动设备包括智能手机、平板和电脑上都自装有蓝牙模块。加之，蓝牙mesh的出现，可以实现连接点多对多的控制，解决了通信距离短等问题，是目前智能家居最好的解决方案之一。

本文以智能风扇为例，以蓝牙通信的方式对家用电器进行控制，为以蓝牙mesh组网和云平台为基础的，立体化、数字化的智能家居系统打下基础。同时，手机控制和语音控制的方式为老年人和行动不便的人士提供极大地便利，具有较为广阔的应用前景。

1 智能风扇系统设计

1.1 系统硬件设计

该系统主要是通过使用手机和语音系统来自动控制一个电风扇开关，一个电风扇转速的摇头,一个电风扇转速等。手机的蓝牙或语音模块是将单片机的接口处IO口，蓝牙模块或语音识别模块向单片机输出一个高低电平的信号，然后经由单片机转换开关来进行控制继电器的启动，以便于达到使用手机或语音模块经由它们来进行控制的继电器风扇。最小一个系统的焊接再加上一个蓝牙模块就可以组成了一个下位机，用一台手机作为上位机，通过一台手机的蓝牙系统与一台单片机之间进行连接，便能够通过一台手机来控制一台电风扇的工作状态。系统设计的总体方案框图如图1所示。

图1 系统组成框图

1.2 系统软件设计

本次设初始和优化部分工作全部完成以后，该整个系统首先可能需要同时启动一个新的蓝牙耳机串口模块通讯控制模块，保证该系统蓝牙串口模块与其他移动设备蓝牙串口控制器的终端之间能够同时完成一个相应的信号匹配。单片机通过串口进行通信的一种工作方式是用来直接实现和风扇上的蓝牙控制模块之间的自动通信，单片机对整风扇上的蓝牙控制模块在风扇接收时刻所发送的控制指令信号数据首先进行了自动解析，然后向蓝牙输出一个自动控制指令数据给风扇继电器蓝牙开关，从而直接有效实现了对蓝牙开关的自动控制。系统流程如图2所示。

图2 系统流程图

2 主要电路设计

2.1 蓝牙模块电路设计

系统的全部蓝牙射频通信外围电路一般都是直接采用新的HC-05模块进行设计来直接将其作为它们所设计的核心，加以外围射频通信电路的模块进行直接实现来完成整个系统的全部蓝牙射频通信外围电路的结构设计，蓝牙部分的外围电路及其整体框架结构设计如图3所示。

图3 HC-05通信模块电路图

2.2 语音模块电路设计

本模块实际原理为STC89C51单片机和LD3320组合形成的一款语音识别模块，具备16个单片机IO口的引出，可与外部单片机进行通信交互信息亦可控制继电器等设备，语音模块电路原理图如图4所示。

图4 语音模块原理图

3 系统调试与实现

本系统所设计的设计APP界面如图5所示，语音按键代表开启语音模式，可以通过外置麦克风输入指令，实现对风扇的控制。其他按键分别是代表通过手机可实现控制功能，手机只需打开蓝牙设备，连接即可实现。

图5 语音模块原理图