摘要: 随着人们生活水平的提高和智能生活理念的不断普及，物联网智能家居已成为智能家居发展的新趋势机智云主要由主控制器模块、物联网平台设计的智联网家居控制系统WiFi物联网模块，LED由控制模块、插座控制模块、窗帘控制模块和语音识别模块组成。该系统使人们的生活更加舒适和方便，但也可以监控家庭的安全风险，应用广泛。
机智云为企业和个人开发者提供物联网PaaS云服务平台通过应用API、完善的SDK和IDE控制器代码自动生成器的开发环境App提供大数据分析、人工智能应用和物联网应用服务的代码自动生成器和微服务。通过智能云A
iot在开发平台上，企业和开发商可以快速实现物联网连接管理、设备管理、应用支持、数据分析、计费分析、安全控制和第三方系统集成能力的构建、部署和管理。
阿里云物联网平台为设备提供安全可靠的连接通信能力，向下连接大量设备，支持设备收集数据上传云；向上提供云API，通过指令数据API调用到设备端，实现远程控制。IoT平台提供设备管理、规则引擎、数据分析、边缘计算等其他增值能力。
与阿里云物联网平台相比，机智云物联网平台产业链相对完善，开发周期短，本设计选用机智云物联网平台。
ISD9160是低功耗系统芯片，用于音频记录播放（SOC）。ISD9160拥有一个CortexTM-M0核，最大工作频率50MHz，内置145K存储器和12字节K字节的SRAM。ISD9160配备了丰富的外设和各种串行接口（UART,SPI/SSP,I2C,I2S）。ISD9160集成了80分贝SNR可编程增益放大器（PGA），可搭载麦克风，还配备了一个差动D类放大器，可直接驱动一个8欧姆扬声器，输出功率为1W。
LD3320在设计上非常注重节能高效，不需要外接任何辅助芯片，如Flash、RAM存储芯片可以降低成本，直接集成到现有产品中，实现语音识别、语音控制、人机对话等功能，是真正的单芯片解决方案。
由于LD3320语音识别方案比较ISD9160方案技术成熟，价格便宜，选择LD语音识别方案3320。
蓝牙是一种短距离无线通信技术。通过蓝牙连接电子设备可以节省传统布线的麻烦。今天的数据**在这个时代，高速通信是必要的，蓝牙的通信速度不是很高，从而影响其发展，蓝牙频段是开放频段，抗干扰能力较弱。
NRF24L01是由NORDIC采用无线通信芯片生产FSK调制，集成NORDIC可实现点对点或1至6的无线通信。通过输出功率的信道选择和协议设置SPI调节接口。可连接各种微控制器芯片，具有完整的无线数据传输能力。无线通信速度快(可达2)Mbps）、体积小，电压工作宽，抗干扰能力强，兼容性好。
因为家里有很多电器，有时候还要考虑信号穿透衰减等问题，所以无线网络需要更强的穿透力和抗干扰能力，这里选择NRF24L01通信。
硬件方案主要由主控制器电路六部分组成，WiFi物联网模块控制电路、LED硬件的总体设计方案如图1所示。
图1 硬件总体设计方案
图2 主控制器原理图
选用STM32F103C8T6单片机为控制芯片，此款单片机具有处理速度快、扩展外设方便、运行稳定、价格便宜等优点。
esp8266为WiFi模块，DHT11温湿度传感器实时检测家中的温度湿度，MQ-2为烟雾气体传感器实时检测家中空气的烟雾或气体，能够达到实时监测的目的，为家庭安全提供保障。物联网模块控制电路如图3所示。
图3 物联网模块控制电路
LED控制电路由单片机、NRF24L01接收模块，以及继电器模块组成，如图4所示。
图4 LED控制硬件电路
插座控制电路与LED控制电路相同。
窗帘控制电路由单片机最小系统、NRF24L01接收模块和TB6612FNG电机驱动模块构成。
语音识别模块，选用了LD3320语音识别芯片，声音信号处理芯片选用了STC11L08XE单片机，此款单片机处理速度快能够达到处理音频信号的需求。
单片机连接机智云物联网平台，首先是协议初始化以及各个模块的初始化函数，然后按键选择网络方式，如果网络重置则会连接新的WiFi网络，如果不操作则连接原网络。网络配置完成后开始通过传感器采集房间数据信息，并通过网络传输到云平台，以方便用户的查看。其程序流程图如图5所示。
主控制器通过NRF24L01模块分别与从控制器通信，从而控制从控制器。其软件流程如图6所示。首先是各个模块初始化，然后等待串口发送来的数据，如果数据来了，就通过NRF24L01模块发送出去，发送成功信号指示灯闪烁，如果没有就一直等待。
编写程序，保证程序逻辑语句正确后，将程序下载到模块中，然后给模块上电，通过调试串口助手看是否可以正常识别，识别结果如图7所示。
物联网模块将家中的温度、湿度等信息发送到云端，通过手机就可以查看，也可以通过手机控制家中的LED插座、窗帘等电器，模块调试显示界面如图8所示。
接通电源，单片机运行指示灯点亮，出于实际考虑，此处用直流电机模拟控制窗帘，电机正转模拟开窗帘，反转模拟关窗帘。上电前电机是停止的，模块等待接收主控制器发送指令，接收到指令时电机开始动作。经测试本功能够顺利实现，模块能够正常运行。控制系统的硬件组成如图9所示。
本系统中的手机远程控制功能的实现，关键在于利用机智云物联网平台结合硬件平台，实现语音识别安全认证机制。其中WiFi模块通过连接家中的路由器，将各电器连接到机智云AIoT开发平台，使室内温度、湿度以及烟雾气体浓度等信息实时发送到云端，当有烟雾气体时，通过SIM800C模块实现远程报警等功能。
本设计具有投资少、成本低、可靠性高等特点，还具有良好的可扩展性。除了控制LED灯和窗帘以外，还可以将家中别的电器连接到插座上，通过插座控制别的电器，符合未来家居智能化、网络化的发展方向。
图5 连接机智云物联网平台流程图
图6 主控制软件流程图
图7 语音识别调试
图8 APP界面
图9 硬件组成