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本設(shè)計是以“物聯(lián)網(wǎng)寢室”為對象進(jìn)行的研究。通過STM32單片機作為該系統(tǒng)的控制器，AS608指紋采集實現(xiàn)指紋識別的功能，LD3320語音識別模塊進(jìn)行語音控制，esp8266 WIFI模塊實現(xiàn)與機智云物聯(lián)網(wǎng)平臺的傳輸來完成本次系統(tǒng)設(shè)計。
物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾�方面，這也使得我們的生活更趨向于智能化。智慧校園是目前國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)研究的熱點，而基于物聯(lián)網(wǎng)的智能寢室控制系統(tǒng)又作為智慧校園的重要組成部分，它無疑是具有很好的研究和發(fā)展前景。
1 系統(tǒng)功能設(shè)計 1.1 智能門禁系統(tǒng) 該系統(tǒng)分為兩種模式，分別為一級開鎖和二級開鎖，一級開鎖是由舵機控制門把手直接開鎖，第二種是由舵機控制門扣旋轉(zhuǎn)三圈再用舵機開鎖，可以實現(xiàn)指紋識別開鎖和語音識別開鎖。與此同時我們使用ESP8266 WIFI模塊實現(xiàn)與機智云物聯(lián)網(wǎng)平臺的傳輸，將數(shù)據(jù)發(fā)送至APP，并在APP處理過后返還給處理器，做到在外面也能實現(xiàn)關(guān)門的功能。
1.2 語音控制系統(tǒng) 由繼電器、JQ8400FL-10P語音播報模塊以及揚聲器實現(xiàn)其功能，具體為通過大電流繼電器，以高低電平不同控制電燈以及風(fēng)扇的開關(guān)，在這里同樣使用語音模塊，使得人們更加方便的使用寢室內(nèi)的電器，同樣我們依然可以用語音控制揚聲器，使揚聲器放出一些內(nèi)存卡里面的歌曲。
2 系統(tǒng)方案設(shè)計及器件選型 本次設(shè)計基于STM32F103ZET6芯片并通過元器件實現(xiàn)以下兩大系統(tǒng)。第一是智能門禁系統(tǒng)。由LD3320語音識別模塊識別語言、AS608指紋識別模塊作為指紋識別傳感器；SG90舵機和電機作為控制器，實現(xiàn)一級、二級開鎖；用ESP8266 WIFI模塊實現(xiàn)與機智云的傳輸。語音控制系統(tǒng)由繼電器、JQ8400FL-10P語音模塊以及揚聲器實現(xiàn)其功能。系統(tǒng)總框圖如圖1所示。
2.1 單片機選型 STM32F103ZET6是基于ARM Cortex-M3核心的32位微控制器，具有512K片內(nèi)FLASH，64K片內(nèi)RAM，其CPU工作電壓范圍是2.0-3.6V。
選用此芯片作為本次設(shè)計的控制器是因為其引腳多、價格低廉、處理速度強、應(yīng)用廣泛、并且能夠滿足此次設(shè)計的功能要求。
2.2 指紋識別模塊選型 指紋識別是先通過錄制指紋并進(jìn)行樣本保存，在使用時通過使用者的指紋對樣本進(jìn)行一一對比，可以進(jìn)行身份確定。指紋識別根據(jù)其技術(shù)原理和實現(xiàn)方法可以分為三種形式，分別是光學(xué)式、超聲波式和電容式，本系統(tǒng)中使用的指紋模塊是AS608是一種集成的光學(xué)式指紋芯片，它可以進(jìn)行二次開發(fā)，人為地更改指紋的設(shè)置。
2.3 語音識別模塊選型 LD3320語音識別模塊的語音識別技術(shù)是通過識別關(guān)鍵詞列表來進(jìn)行判斷的。語音識別的過程是首先對輸入的聲音進(jìn)行頻譜分析，再對語音特征進(jìn)行提取，然后通過對關(guān)鍵詞列表進(jìn)行匹配，最后找出匹配度最高的關(guān)鍵詞并執(zhí)行其對應(yīng)功能。LD3320模塊在使用時不需要外接其他的輔助A/D芯片、Flash芯片和RAM芯片就可以完成語音識別的功能，其識別準(zhǔn)確率能高達(dá)95%。
2.4 WIFI模塊選型 ESP8266 WIFI模塊是一款串口轉(zhuǎn)無線的模塊，可以在2ms內(nèi)喚醒并進(jìn)行連接和傳輸數(shù)據(jù)。在本設(shè)計中ESP8266 WIFI模塊主要是在智能門禁系統(tǒng)中使用，在使用時門的狀態(tài)通過此模塊傳遞到手機上，我們就可以在終端進(jìn)行門的關(guān)操作。
2.5 語音播報模塊選型 JQ8400FL-10P語音識別模塊除了支持多種模式控制，還支持對歌曲的播放進(jìn)行控制。因此在本次設(shè)計中通過語音識別模塊對揚聲器進(jìn)行控制從而播放歌曲。
3 硬件電路設(shè)計 3.1 硬件電路結(jié)構(gòu)設(shè)計 本設(shè)計采用單片機最小系統(tǒng)為本次設(shè)計的核心部分，采用STM32F103ZET6芯片實現(xiàn)相關(guān)功能。由系統(tǒng)框圖可以看出：整體由最小系統(tǒng)、晶振電路、復(fù)位電路、LD3320模塊、JQ8400FL-10P模塊、AS608模塊構(gòu)成。模塊集成度較高，便于用戶使用，只需提供給相應(yīng)的電壓并控制信號引腳即能完成相應(yīng)功能。 硬件電路設(shè)計圖如圖2所示。
3.2 單片機最小系統(tǒng) STM32單片機最小系統(tǒng)是由主芯片、上電復(fù)位電路、時鐘電路和電源供電電路組成，同時一個基本完整的單片機功能還應(yīng)包括下載電路和LED指示電路。
3.3 矩陣鍵盤電路設(shè)計 矩陣鍵盤是由四條行線四條列線交叉組成，在每一個交叉點上設(shè)置一個按鍵，這就是我們經(jīng)常看到的矩陣鍵盤。按鍵的識別方法第一步是先檢測鍵盤是否有鍵被按下，第二步是將所有行的電平置零，檢查各列電平是否有變化，若有變化，則說明有鍵被按下，反之則無。
識別具體按鍵的方法是先電平逐行置零，其余行置為高電平，逐列檢查電平的變化，若某列電平從高電平變?yōu)榈碗娖剑瑒t說明此行此列交點處的鍵被按下了。在本設(shè)計中，指紋模塊可以輸入多個人的指紋，設(shè)計矩陣鍵盤是為了對輸入的指紋進(jìn)行編號。
3.4 執(zhí)行模塊電路設(shè)計 執(zhí)行模塊是采用繼電器模塊控制實現(xiàn)的，工作時在線圈的兩端加上一定電壓，那么線圈中就會產(chǎn)生電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵在電磁力作用下帶動銜鐵的動觸點和靜觸點吸合；而當(dāng)線圈斷電后，銜鐵便會使動觸點與原來的靜觸點吸合。在設(shè)計中使用執(zhí)行模塊實現(xiàn)控制LED燈、電機等狀態(tài)的控制。
4 控制程序設(shè)計 本系統(tǒng)采用STM32F103ZET6為控制核心。首先初始化配置各個引腳、定時器、中斷。程序?qū)⒏鱾�模塊的初始化封裝為函數(shù)，則可直接調(diào)用配置的函數(shù)來初始化模塊。將傳感器識別放入主循環(huán)，按鍵模塊輸入判斷由哪個傳感器模塊進(jìn)行識別，最后由核心控制器進(jìn)行控制。
系統(tǒng)總體的程序設(shè)計為先對所有的模塊進(jìn)行初始化操作，連接AS608指紋識別模塊，再進(jìn)行云平臺發(fā)送的數(shù)據(jù)點檢測；通過語音識別模塊進(jìn)行語音控制；通過AS608模塊進(jìn)行指紋的識別控制，結(jié)合矩陣鍵盤模塊進(jìn)行指紋的錄入和刪除功能。本設(shè)計的總流程圖如圖3所示。
本設(shè)計是根據(jù)當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀、并綜合考慮學(xué)生居住條件的各方面，結(jié)合機智云物聯(lián)網(wǎng)平臺，STM32單片機的物聯(lián)網(wǎng)寢室控制系統(tǒng)設(shè)計。該設(shè)計的可行性高、實用性高、易于推廣，對于提高學(xué)生的生活質(zhì)量也有很重要的意義，并且對于將來智能家居方面的研究和發(fā)展打下了一定的基礎(chǔ)。
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