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基于机智云物联网技术的寝室系统设计

Gizwits
助工
2021-09-09 12:36:47     打赏
本设计是以“物联网寝室”为对象进行的研究。通过STM32单片机作为该系统的控制器，AS608指纹采集实现指纹识别的功能，LD3320语音识别模块进行语音控制，esp8266 WIFI模块实现与机智云物联网平台的传输来完成本次系统设计。


物联网是继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮，目前物联网技术已经被广泛的应用在我们日常生活的各个方面，这也使得我们的生活更趋向于智能化。智慧校园是目前国内外物联网行业研究的热点，而基于物联网的智能寝室控制系统又作为智慧校园的重要组成部分，它无疑是具有很好的研究和发展前景。


1 系统功能设计1.1 智能门禁系统该系统分为两种模式，分别为一级开锁和二级开锁，一级开锁是由舵机控制门把手直接开锁，第二种是由舵机控制门扣旋转三圈再用舵机开锁，可以实现指纹识别开锁和语音识别开锁。与此同时我们使用ESP8266 WIFI模块实现与机智云物联网平台的传输，将数据发送至APP，并在APP处理过后返还给处理器，做到在外面也能实现关门的功能。


1.2 语音控制系统由继电器、JQ8400FL-10P语音播报模块以及扬声器实现其功能，具体为通过大电流继电器，以高低电平不同控制电灯以及风扇的开关，在这里同样使用语音模块，使得人们更加方便的使用寝室内的电器，同样我们依然可以用语音控制扬声器，使扬声器放出一些内存卡里面的歌曲。


2 系统方案设计及器件选型本次设计基于STM32F103ZET6芯片并通过元器件实现以下两大系统。第一是智能门禁系统。由LD3320语音识别模块识别语言、AS608指纹识别模块作为指纹识别传感器；SG90舵机和电机作为控制器，实现一级、二级开锁；用ESP8266 WIFI模块实现与机智云的传输。语音控制系统由继电器、JQ8400FL-10P语音模块以及扬声器实现其功能。系统总框图如图1所示。




2.1 单片机选型STM32F103ZET6是基于ARM Cortex-M3核心的32位微控制器，具有512K片内FLASH，64K片内RAM，其CPU工作电压范围是2.0-3.6V。


选用此芯片作为本次设计的控制器是因为其引脚多、价格低廉、处理速度强、应用广泛、并且能够满足此次设计的功能要求。


2.2 指纹识别模块选型指纹识别是先通过录制指纹并进行样本保存，在使用时通过使用者的指纹对样本进行一一对比，可以进行身份确定。指纹识别根据其技术原理和实现方法可以分为三种形式，分别是光学式、超声波式和电容式，本系统中使用的指纹模块是AS608是一种集成的光学式指纹芯片，它可以进行二次开发，人为地更改指纹的设置。


2.3 语音识别模块选型LD3320语音识别模块的语音识别技术是通过识别关键词列表来进行判断的。语音识别的过程是首先对输入的声音进行频谱分析，再对语音特征进行提取，然后通过对关键词列表进行匹配，最后找出匹配度最高的关键词并执行其对应功能。LD3320模块在使用时不需要外接其他的辅助A/D芯片、Flash芯片和RAM芯片就可以完成语音识别的功能，其识别准确率能高达95%。


2.4 WIFI模块选型ESP8266 WIFI模块是一款串口转无线的模块，可以在2ms内唤醒并进行连接和传输数据。在本设计中ESP8266 WIFI模块主要是在智能门禁系统中使用，在使用时门的状态通过此模块传递到手机上，我们就可以在终端进行门的关操作。


2.5 语音播报模块选型JQ8400FL-10P语音识别模块除了支持多种模式控制，还支持对歌曲的播放进行控制。因此在本次设计中通过语音识别模块对扬声器进行控制从而播放歌曲。


3 硬件电路设计3.1 硬件电路结构设计本设计采用单片机最小系统为本次设计的核心部分，采用STM32F103ZET6芯片实现相关功能。由系统框图可以看出：整体由最小系统、晶振电路、复位电路、LD3320模块、JQ8400FL-10P模块、AS608模块构成。模块集成度较高，便于用户使用，只需提供给相应的电压并控制信号引脚即能完成相应功能。硬件电路设计图如图2所示。


3.2 单片机最小系统STM32单片机最小系统是由主芯片、上电复位电路、时钟电路和电源供电电路组成，同时一个基本完整的单片机功能还应包括下载电路和LED指示电路。





3.3 矩阵键盘电路设计矩阵键盘是由四条行线四条列线交叉组成，在每一个交叉点上设置一个按键，这就是我们经常看到的矩阵键盘。按键的识别方法第一步是先检测键盘是否有键被按下，第二步是将所有行的电平置零，检查各列电平是否有变化，若有变化，则说明有键被按下，反之则无。


识别具体按键的方法是先电平逐行置零，其余行置为高电平，逐列检查电平的变化，若某列电平从高电平变为低电平，则说明此行此列交点处的键被按下了。在本设计中，指纹模块可以输入多个人的指纹，设计矩阵键盘是为了对输入的指纹进行编号。



3.4 执行模块电路设计执行模块是采用继电器模块控制实现的，工作时在线圈的两端加上一定电压，那么线圈中就会产生电流，从而产生电磁效应，衔铁在电磁力作用下带动衔铁的动触点和静触点吸合；而当线圈断电后，衔铁便会使动触点与原来的静触点吸合。在设计中使用执行模块实现控制LED灯、电机等状态的控制。


4 控制程序设计本系统采用STM32F103ZET6为控制核心。首先初始化配置各个引脚、定时器、中断。程序将各个模块的初始化封装为函数，则可直接调用配置的函数来初始化模块。将传感器识别放入主循环，按键模块输入判断由哪个传感器模块进行识别，最后由核心控制器进行控制。


系统总体的程序设计为先对所有的模块进行初始化操作，连接AS608指纹识别模块，再进行云平台发送的数据点检测；通过语音识别模块进行语音控制；通过AS608模块进行指纹的识别控制，结合矩阵键盘模块进行指纹的录入和删除功能。本设计的总流程图如图3所示。


本设计是根据当前物联网的现状、并综合考虑学生居住条件的各方面，结合机智云物联网平台，STM32单片机的物联网寝室控制系统设计。该设计的可行性高、实用性高、易于推广，对于提高学生的生活质量也有很重要的意义，并且对于将来智能家居方面的研究和发展打下了一定的基础。


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