2018年大学生电子设计竞赛设计报告

一种基于蓝牙和语音控制的智能家居系统

摘要：本项目使用 STM32F407 作为主控芯片，通过蓝牙和语音控制实现安全、便宜的智能家居系统。实现了手机实现家电控制；语音识别 + 人脸识别开门/关门；语音控制开关灯、开关风扇以及切歌，关闭音乐等；地震、CO、温度、湿度、光强监测等；用户可通过 LCD 显示屏操作 APP 实现人脸管理、人脸登记、语音留言、文本留言、查看语音、查看文本留言、查看门外情况(监控)，以及控制开门/关门、开灯/关灯、开风扇/关风扇等等。相比于现有的智能家居方案，我们的方案通过使用 Android ID 作为手机用户唯一识别码以及语音识别 + 人脸识别双重开门检测，使得整个系统更为安全。同时，我们的方案成本更低，可用于高校学生宿舍推广。

关键词：智能家居；STM32；蓝牙；语音识别；人脸识别

二、引言

2.1 选题背景和研究意义

智能家居的概念起源很早，但一直未有具体的建筑案例出现，直到 1984 年美国联合科技公司（United Technologies Building System）将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康涅狄格州（Connecticut)哈特佛市（Hartford）的 CityPlaceBuilding 时，才出现了首栋的智能型建筑，从此揭开了全世界争相建造智能家居派的序幕。美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案。智能家居系统是人们理想中的一种居住环境，其以住宅为平台安装有智能家居系统，实现家庭生活更加安全，节能，智能，便利和舒适。智能家居不仅能给用户提供安全、健康和舒适的生活环境，而且用户能够远程监控自己的家居状态和控制家庭电器设备。出门在外，我们可以通过电话、电脑来远程遥控家居各智能系统，例如在回家的路上提前打开家中的空调；到家开门时，借助人脸和语音识别技术，可实现不用钥匙开门，安防撤防，开启家中的照明灯具和窗户迎接我们的归来；回到家里，可以使用手机或者遥控器方便地控制房间内各种电器设备，可以通过智能化照明系统选择预设的灯光场景，可以用语言控制音响电视播放歌曲这一切，主人都可以安坐在沙发上从容操作，一个手机或者直接用语音可以遥控家里的一切，比如开风扇，给植物浇水，调整窗帘、灯光的状态；在公司上班时，家里的情况还可以显示在办公室的电脑或手机上，随时查看；门口机具有语音留言和拍照等功能，家里没人而有客人来的时候，系统会记录相关信息供我们回来查询。这一切都是家居智能化给我们带来的福利，摆脱了传统的机械的家居控制，节省了人力，使居家更加的方便，增强了家庭中各种安全问题的监控，提高了住户的生活质量和幸福感。

2.2 智能家居研究现状

智能家居最初的发展主要以灯光遥控控制、电器远程控制和电动窗帘控制为主，随着行业的发展，智能控制的功能越来越多，控制的对象不断扩展，控制的联动场景要求更高，其不断延伸到家庭安防报警、背景音乐、可视对讲、门禁指纹控制等领域。智能家居领域由于其多样性和个性化的特点，也导致了技术路线和标准众多，没有统一通行技术标准体系的现状，从技术应用角度来看主要有三类主流技术：第一类是总线技术类；总线技术的主要特点是所有设备通信与控制都集中在一条总线上，是一种全分布式智能控制网络技术，其产品模块具有双向通信能力，以及互操作性和互换性，其控制部件都可以编程。典型的总线技术采用双绞线总线结构，各网络节点可以从总线上获得供电，亦通过同一总线实现节点间无极性、无拓扑逻辑限制的互连和通信。第二类是无线通信技术类；无线通信技术众多，已经成功应用在智能家居领域的无线通信技术方案主要包括：射频（RF）技术（频带大多为 315 和 433.92MHz）、 VESP 协议、IrDA 红外线技术、HomeRF 协议、Zigbee 标准、Z-Wave 标准、Z-world 标准、X2D 技术等。无线技术方案的主要优势在于无需重新布线，安装方便灵活，而且根据需求可以随时扩展或改装，可以适用于新装修用户和已装用户。第三类是电力线载波通信技术；电力线载波通信技术充分利用现有的电网，两端加以调制解调器，直接以 50Hz 交流电为载波，再以数百 KHz 的脉冲为调制信号，进行信号的传输与控制。目前智能家居也面临一个大数据时代所不可回避的问题就是安全。目前对于物联网设备，可以采取的安全措施大概可以分为四类。一是前端，即用户的设备端，通过增强设备本身的可靠性来降低风险，比如提高生物识别模块的准确度；二是网络，即防范数据传输过程中可能出现的安全风险；三是系统和数据库，即防范操作系统、通用应用平台系统方面存在的风险以及威胁到信息数据库的安全风险；四是应用、管理、终端，即防范实现业务应用自身及应用交互过程中的安全风险，防范网络和系统管理不善产生的风险，防范控制终端及其操作系统面临的风险。不过放眼整个智能家居行业，很少有企业能完全做到上述措施，因为涉及的领域极其广泛。另一方面，从市场的角度来说，智能家居的发展不仅受限于技术的发展，也受限于用户的体验。对于市场来说，智能家居系统作为一款产品[，用户关心的是他的用户体验以及价格方面的问题，但就目前而言，智能家居系统受到价格的影响，他的使用范围还仅仅局限在那些高档住宅小区，对于那些相对老式的住房，智能家居的寥寥无几。

2.3 论文研究内容和结构安排

本论文主要是采用 STM32 作为主单片机，使用蓝牙通信和语音识别实现智能控制，使用摄像头、蜂鸣器、温湿度传感器、光敏传感器、LCD 显示屏、继电器、马达等硬件模拟整个智能家居系统。

论文的内容安排如下:

第 1 章：引言。本章包括选题背景和研究意义，概述智能家居系统的发展现状。
第 2 章：智能家居实现的理论分析。本章主要智能家居系统的蓝牙通信技术、语音识别技术、人脸识别技术。
第 3 章：智能家居系统设计。本章对比分析了 STM32 单片机和 51 单片机、蓝牙通信和 WIFI 通信，并展开硬件设计和软件设计，最终搭建整个智能家居系统。
第 4 章：智能家居系统实现。本章主要对系统方案进行实现并测试相关功能，验证设计的合理性与有效性，并进行整体测试。
第 5 章：结论与展望。本章总结了本论文所做的工作，并指出可改进的地方，深入认识基于蓝牙和语音控制的智能家居系统的优势与技术难点，预测智能家居的发展走向。
附录给出了智能家居系统的程序清单、使用说明、Android 源码、STM32 源码。

三、智能家居实现的理论分析

3.1 蓝牙通信技术

蓝牙(Bluetooth)通信技术，实际上是一种短距离无线电技术，利用“蓝牙”技术，能够有效地简化笔记本电脑和智能手机、单片机等终端设备之间的通信，从而使这些设备之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路，其实际应用范围可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的无线通信网络。“蓝牙”技术属于一种短距离、低成本的无线连接技术，是一种能够实现语音和数据无线传输的开放性方案。蓝牙通信的传输速率最高为 1Mb/s，以时分方式进行全双工通信，通信距离为 10 米左右，配置功率放大器可以使通信距离进一步增加。

HC-05 是一款高性能的主从一体蓝牙串口模块，该蓝牙模块的特点如下：
采用 CSR 主流蓝牙芯片，蓝牙 V2.0 协议标准；
输入电压:3.6V–6V,禁止超过 7V；
波特率为 1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200 用户可设置；
带连接状态指示灯,LED 快闪表示没有蓝牙连接;LED 慢闪表示进入 AT 命令模式；
板载 3.3V 稳压芯片,输入电压直流 3.6V-6V;未配对时,电流约 30mA(因 LED 灯闪烁,电流处于变化状态)；配对成功后,电流大约 10mA。
用于 GPS 导航系统，水电煤气抄表系统，工业现场采控系统；
可以与蓝牙笔记本电脑、电脑加蓝牙适配器等设备进行无缝连接。
HC-05 嵌入式蓝牙串口通讯模块（以下简称模块）具有两种工作模式：命令响应工作模式和自动连接工作模式，在自动连接工作模式下模块又可分为主（Master）、从（Slave）和回环（Loopback）三种工作角色。

3.2 语音识别技术

语音识别部分的原理图如以下框图所示：

图 1 语音识别原理

采集到语音信号后，我们对语音信号进行预处理，即将采集到的连续的语音模拟信号进行数字化，最常见的方法为脉冲编码调制。脉冲编码调制主要分为采样、量化、编码三个过程。首先，根据采样定理，采用过采样方法对语音信号进行采样，将模拟电信号转换成二进制码。之后进行量化操作，量化是按四舍五入的原则把幅值连续的样本值变化成由一定间距数(量化级差!)表示的有限样本值。经过采样和量化后，连续的语音模拟信号就变成了离散数字信号。而编码是指将量化好的采样值表示成二进制码的过程。将语音信号转换为数字信号后，我们采用线性预测编码等技术对语音信号进行分析，用过去的若干个语音样本值的线性组合来预测以后的样值，从而提取去信号的特征参数。将提取出来的特征参数与信号模型库中的模板进行模式匹配，从而得到识别结果。

3.3 人脸识别技术

特征脸方法是从主成分分析(PCA)导出的一种人脸识别和描述技术。它将包含人脸的图像区域看作一随机向量，采用 K-L 变换得到正交 K-L 基，对应其中较大特征值的基具有与人脸相似的形状，因此又被称为特征脸。利用这些基的线性组合可以描述、表达和逼近人脸图像，所以可进行人脸识别与合成。识别过程就是将人脸图像映射到由特征脸组成的子空间上，并比较其在特征脸空间中的位置，然后利用对图像的这种投影间的某种度量来确定图像间的相似度，最常见的就是选择各种距离函数来进行度量分类实现人脸识别。主成分分析原理：对于一个样本资料，观测 p 个变量 x1, x2 , x p ，，，，，n 个样品的数据资料阵为：

主成分分析就是将 p 个观测变量综合成为 p 个新的变量（综合变量），即

要求模型满足以下条件：

F i , F j 互不相关（i j ， i, j 1, 2,L , p ）
F1 的方差大于 F2 的方差大于 F3 的方差，依次类推
ak12  ak 22  L  akp 2  1 k  1, 2,L p .

于是，称 F1 为第一主成分，F2 为第二主成分，依此类推，有第 p 个主成分。主成分又叫主分量。这里 a ij 我们称为主成分系数。上述模型可用矩阵表示为：

本论文将采用基于主成分分析的方法实现人脸识别。

四、智能家居系统设计

4.1 整体设计

系统整体架构

如图 2 所示，智能家居系统包括 +12 V 电源、主控芯片 STM32F407、LCD 显示屏、SD 卡、按键、TPAD 模块、蜂鸣器模块、继电器模块、蓝牙 HC-05 、语音模块、六轴传感器 MPU6050、摄像头 OV2640、温湿度传感器 DHT11、一氧化碳检测模块、以及升压模块、推拉式门锁、电灯、风扇。

图 2 智能家居系统整体架构图

主控芯片方案

方案一：C51 单片机

一个全双工串行通信口，外部数据存储器寻址空间为 64kB，外部程序存储器寻址空间为 64kB，逻辑操作位寻址功能，双列直插 40PinDIP 封装，单一+5V 电源供电，CPU:由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器；RAM: 用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；ROM: 用以存放程序、一些原始数据和表格；I/O 口:四个 8 位并行 I/O 口，既可用作输入，也可用作输出；T/C:两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式；五个中断源的中断控制系统；一个全双工 UART(通用异步接收发送器)的串行 I/O 口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信；片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最佳振荡频率为 6M-12M。

方案二：STM32F407 单片机

它拥有的资源包括：集成 FPU 和 DSP 指令，并具有 192KB SRAM、1024KB FLASH、12 个 16 位定时器、2 个 32 位定时器、2 个 DMA 控制器(共 16 个通道)、 3 个 SPI、2 个全双工 I2S、3 个 IIC、6 个串口、2 个 USB（支持 HOST/SLAVE）、2 个CAN、3 个 12 位 ADC、2 个 12 位 DAC、1 个 RTC（带日历功能）、1 个 SDIO 接口、1 个 FSMC 接口、1 个 10/100M 以太网 MAC 控制器、1 个摄像头接口、1 个硬件随机数生成器、以及 112 个通用 IO 口等。 STM32F407 系列面向需要在小至 10 x 10 mm 的封装内实现高集成度、高性能、嵌入式存储器和外设的医疗、工业与消费类应用。STM32F407 提供了工作频率为 168 MHz 的 Cortex™-M4 内核（具有浮点单元）的性能。性能：在 168 MHz 频率下，从 Flash 存储器执行时，STM32F407 能够提供 210 DMIPS/566 CoreMark 性能，并且利用意法半导体的 ART 加速器实现了 FLASH 零等待状态。DSP 指令和浮点单元扩大了产品的应用范围。功效：该系列产品采用意法半导体 90 nm 工艺和 ART 加速器，具有动态功耗调整功能，能够在运行模式下和从Flash 存储器执行时实现低至 238 µA/MHz 的电流消耗（@ 168 MHz）。丰富的连接功能：出色的创新型外设：与 STM32F4x5 系列相比，STM32F407 产品还具有符合 IEEE 1588 v2 标准要求的以太网 MAC10/100 和能够连接 CMOS 照相机传感器的 8~14 位并行照相机接口。可以利用支持 Compact Flash、SRAM、PSRAM、NOR 和 NAND 存储器的灵活静态存储器控制器轻松扩展存储容量。考虑到我们要用到较多 FLASH 存储单元存储用户信息，以及需要进行蓝牙通信等，本项目采用方案二，使用 STM32F407ZG 作为主控芯片。

无线传输方案

方案一：采用 WiFi 的无线传输方案

Wi-Fi 模块又名串口 Wi-Fi 模块，属于物联网传输层，功能是将串口或平转为符合 Wi-Fi 无线网络通信标准的嵌入式模块，内置无线网络协议 02.11b.g.n 协议栈以及议栈。传统的硬件设备嵌入 Wi-Fi 模块可以直接利用 Wi-Fi 联入互联网，是实现无线智能家居、M2M 等物联网应用的重要组成部分。
方案二：采用蓝牙的无线传输方案

蓝牙（Bluetooth）：是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换（使用 2.4—2.485GHz 的 ISM 波段的 UHF 无线电波）。蓝牙技术最初由电信巨头 1994 年创制，当时是作为据线的替代方案。蓝牙可连接多个设备，克服了数据同步的难题。
方案三：采用 ZigBee 的无线传输方案

ZigBee 是一种基于标准的远程监控、控制和传感器网络应用技术。为满足人们对支持低数据速率、低功耗、安全性和可靠性，而且经济高效的标准型无线网络解决方案的需求，ZigBee 标准应运而生。核心市场是消费类电子产品、能源管理和效率、医疗保健、家庭自动化、电信服务、楼宇自动化以及工业自动化。围绕 ZigBee 芯片技术推出的外围电路，称之为“ZigBee 模块”，常见的 ZigBee 模块都是遵循 IEEE802.15.4 的国际标准，并且运行在 2.4GHZ 的频段上，另外，欧洲的标准是 868MHZ、北美是915MHZ。

WiFi 模块传输的数据量大，功耗较大，蓝牙 ble 传输的数据量小，功耗低，但是传输的距离近，只有 10 米左右，ZigBee 技术传输的数据量小，但是传输距离较远，有 200米左右，而且功耗较低。由于本次项目要求实现智能家居系统控制数据的无线传输，数据量较小，功耗要求低，距离要求低，故采用蓝牙通信技术。

系统功能

本智能家居系统基于蓝牙和语音控制，实现以下功能：

通过手机实现家电控制：
- 手机发送 Android ID 到 STM32 端实现 root 用户注册；
- root 用户可使用手机添加或删除家庭成员；
- root 用户手机遗失时，可通过智能家居系统的 STM32 端的 APP 实现一键重置蓝牙用户；
- 登记在 STM32 的 FLASH 里面的 Android ID 用户可实现手机控制开门/关门、开灯/关灯、开风扇/关风扇。
语音识别 + 人脸识别开门/关门。
语音控制开关灯、开关风扇以及切歌，关闭音乐等。
STM32 端通过 MPU6050 实现地震监测，通过 DHT11 和光敏传感器实现环境监测，通过 CO 检测模块实现一氧化碳检测报警。
用户可通过 LCD 显示屏操作 APP 实现人脸管理、人脸登记、语音留言、文本留言、查看语音、查看文本留言、查看门外情况(监控)，以及控制开门/关门、开灯/关灯、开风扇/关风扇。
用户可播放音乐、播放视频等。

系统指标

语音识别准确率：80% 以上；
人脸识别准确率：95% 以上；
蓝牙通信准确率：99.99%；
CPU 耗内存：不工作时低于 10%；
MPU6050 能监测 3 级以上地震，并且抗干扰。

4.2 智能家居硬件设计

蓝牙通信模块

HC-05 蓝牙模块的电路原理图见图 3 所示。

图 3 HC-05 蓝牙模块电路

模块与单片机连接最少只需要 4 根线即可：VCC、GND、TXD、RXD，VCC 和 GND 用于给模块供电，模块 TXD和 RXD 则连接单片机的 RXD 和 TXD 即可。本模块兼容 5 V 和 3.3 V 单片机系统，所以可以很方便的连接到你的系统里面去。ATK-HC05 模块与单片机系统的典型连接方式如图 4 所示。

图 4 模块与单片机系统连接图

HC05 蓝牙模块接收手机蓝牙发送的指令，并发送至单片机进行信息处理。整个过程中采用串行通信。串行通信是指数据一位一位串行按顺序传送的通信方式，即构成的二进制代码序列在 1 条信道上，以位（码元）为单位，按时间顺序且按位输入方式。典型的串行传输通常由 2 根信号线构成，包括数据信号线和时钟信号线。按数据流的方向分可分为单工、半双工和全双工等 3 种方式；按数据信号和时钟信号同步与否可以分为同步通信方式和异步通信方式 2 种。生活中我们通常称呼的串行通信，其实是UART 接口的通信，它是一种异步通信，我们在本次设计中也是采用这种方式。

异步通信中，每传输 1 帧字符，在字符的前面都必须加上起始位“0”，后面加个停止位“1”，这是一种起止式的通信方式，字符之间没有固定的间隔长度，但占用了传输时间，在要求传送数据量较大的场合，速度就慢得多。异步数据发送器先送出 1 个起始位，再送出具有一定格式的串行数据位、奇偶检验位和停止位。在不传送字符时，应插入空闲位，空闲位保持为“1”。接收端不断检测线路的状态，当数据发送器要发送 1 个字符数据时，首先发送 1 个起始位信号“0”，数据接收器检测到这个“0”，就开始准备接收。所以起始位用于表示字符传送开始，同时还被用做同步接收端时钟，以保证以后的接收正确。起始位后面是数据位，数据位可以有 5、6、7 或 8 位数据，数据位从最低位开始传送。数据位之后发送奇偶检验位，它只占据 1 位，通信双方在通信时须约定一致的奇偶校验位和数据位（在没有奇偶检验时）之后发送停止位，停止位有 1 位、1 位半和 2 位，它一定是“1”，停止位用来表示 1 个字符数据的结束。数据接收器收到停止位后，知道前一个符传送结束，同时也为接收下一个字符做准备，

如果再收到“0”信号，就表示有新的字符要传送，否则就表示目前的通信结束。

异步通信的数据格式如下：①1 位起始，为低电平；②5-8 位数据位接着起始位，表示要传送的有效数据；③1 位奇偶检验位（可加也可不加）；④1 位或 1 位半或 2 位停止位，为高电平。

每一个字符由起始位、数据位、检验位、停止位构成，称为 1 帧，其典型的格式

如图 5 所示。

图 5 异步传送一帧数据格式

HC-05 蓝牙实物图如图 6 所示。

正面背面图

图 6 HC-05 蓝牙模块实物图

摄像头模块

OV2640 是 OV（OmniVision）公司生产的一颗 1/4 寸的 CMOS UXGA（1632*1232）图像传感器。该传感器体积小、工作电压低，提供单片 UXGA 摄像头和影像处理器的所有功能。通过 SCCB 总线控制，可以输出整帧、子采样、缩放和取窗口等方式的各种分辨率 8/10 位影像数据。该产品 UXGA 图像最高达到 15 帧/秒（SVGA 可达 30 帧，CIF 可达 60 帧）。用户可以完全控制图像质量、数据格式和传输方式。所有图像处理功能过程包括伽玛曲线、白平衡、对比度、色度等都可以通过 SCCB 接口编程。

OmmiVision 图像传感器应用独有的传感器技术，通过减少或消除光学或电子缺陷如固定图案噪声、拖尾、浮散等，提高图像质量，得到清晰的稳定的彩色图像。

ATK -OV2640 模块原理图如图 7 所示。

图 7 OV2640 模块电路

OV2640 的寄存器通过 SCCB 时序访问并设置。OV2640 的特点有：

高灵敏度、低电压适合嵌入式应用
标准的 SCCB 接口，兼容 IIC 接口
支持 RawRGB、RGB(RGB565/RGB555)、GRB422、YUV(422/420)和 YCbCr（422）输出格式
支持 UXGA、SXGA、SVGA 以及按比例缩小到从 SXGA 到 40*30 的任何尺寸
支持自动曝光控制、自动增益控制、自动白平衡、自动消除灯光条纹、自动黑电
平校准等自动控制功能。同时支持色饱和度、色相、伽马、锐度等设置。
支持闪光灯
支持图像缩放、平移和窗口设置
支持图像压缩，即可输出 JPEG 图像数据
自带嵌入式微处理器

MPU6050 模块

MPU6050 是 InvenSense 公司推出的全球首款整合性 6 轴运动处理组件，相较于多轴运动处理组件方案，它免除了组合陀螺仪和加速度传感器时之轴间差问题，并且减少了安装空间。MPU6050 的模块电路如下图所示。

图 8 MPU6050 模块电路

MPU6050 传感器的检测轴如下图所示。

图 9 MPU6050 检测轴

继电器模块和电磁铁模块

智能控制模块包括继电器模块和电磁铁模块，如下图所示。

继电器模块电磁铁模块

图 10 智能控制模块

SD 卡接口电路

SD 卡接口电路如下图所示。STM32F4 的 SDIO 控制器支持多媒体卡、SD 存储卡等设备。

图 11 SD 卡接口电路

数字温湿度传感器 DHT11

DHT11 是一款湿温度一体化的数字传感器，其管脚分布如下图所示。

图 12 数字温湿度传感器 DHT11 管脚图

4.3 智能家居软件设计

智能家居 APP 设计

APP 界面设计

主界面

图 13 智能家居 APP 主界面

功能界面

连接界面 (b) 帮助界面

图 14 智能家居系统 APP 界面设计

APP 功能实现流程

APP 的程序流程如下图所示，源码见附录 2。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-pNqDpaRw-1676942186370)(img/1.png)]

智能家居 STM32 控制设计

LCD 显示界面设计

LCD 的主界面和功能菜单界面如下图所示。其中主界面包含：人脸管理、查看语音、查看留言、系统管理、人脸登记、语音留言、文本留言、蓝牙用户、关于我们、智能家居(APP 中心)、室内环境。功能菜单包含：帮助、地震监测、人脸识别、人脸管理、电灯、风扇、门、音乐、视频、天气、设置、系统、蓝牙管理、查看留言。

主界面、功能菜单

图 16 LCD 显示界面设计

STM32 源码设

STM32 程序框架如下图所示，源码见附录 3。

图 17 STM32 程序框架

4.4 通信协议

蓝牙通信

本系统采用以下蓝牙通信协议：

表 1 通信协议

发送端	接收端	指令	功能
普通用户手机	root 用户手机	Android ID	普通用户登记
root 手机	智能家居系统	Android ID	root 用户注册
手机	智能家居系统	‘D’+root 用户 Android ID+’0’	关门
手机	智能家居系统	‘D’+root 用户 Android ID+’1’	开门
root 手机	智能家居系统	‘R’+root 用户 Android ID+’T’+ 普通用户 Android ID	添加普通用户
root 手机	智能家居系统	‘R’+root 用户 Android ID+’S’+ 普通用户 Android ID	删除普通用户
手机	智能家居系统	‘L’+root 用户 Android ID+’0’	关灯
手机	智能家居系统	‘L’+root 用户 Android ID+’1’	开灯
手机	智能家居系统	‘F’+root 用户 Android ID+’0’	关风扇
手机	智能家居系统	‘F’+root 用户 Android ID+’1’	开风扇

系统硬件设置操作

按 RESET 复位进入开机界面(自检界面)后,迅速按以下按键:
按住 KEY0 不放:可以强制进入校准界面,对触摸屏进行校准(仅限电阻屏,对电容屏无效).
按住 KEY1 不放:可以强制进入字库更新,更新字库.
按住 KEY2 不放:可以强制擦除整个 SPI FLASH,方便使用 SD 卡快速更新系统文件.
—提示:按住 KEY0~KEY2 是要一直按住,并耐心等待.直到进入相应界面/出现提示.

五、智能家居系统实现

5.1 整体系统的搭建

搭建的智能家居系统整体效果如下图所示：

图 18 智能家居系统外观

5.2 系统测试方案

本系统的测试方案根据住户的生活情景进行整个系统的模块及整体测试：情景一：住户不在家时，陌生人来访，进行语音及文本留言的测试情景二：住户回家时进行人脸识别加语音开门模块的测试情景三：用户进入房间后进行温湿度，光照强度以及留言的查看功能测试情景四：用户使用语音控制风扇和电灯，调节室内温湿度及光照强度的测试情景五：由于附近施工语音模块不灵敏，用户使用 APP 进行控制

情景六：夜间用户睡觉后，进行安全监测，包括地震监测报警，煤气泄漏监测报警模

块的测试

5.3 智能家居系统的测试

智能家居 APP 调试

测试内容：按钮的有效性验证，APP 的正常进入和退出，目标功能的验证（登记，连接，发送，调用蓝牙模块等），出错处理（闪退，系统兼容性等问题的测试）
蓝牙通信部分调试

测试内容：有效连接范围（14 米），用户数量（1 个）经过测试同一时刻一个用户连接目的是确保系统的稳定性，防止出现多个用户同时控制电器，导致系统出错
语音控制部分调试

测试内容：有效范围（宿舍范围内有效），能较好，较准确的识别相关指令；分不同时间段对语音模块进行了测试：分别在中午和傍晚时刻进行 20 次测试。测试结果如下：中午：识别正确 20 次，识别率 100% 傍晚：识别正确 14 次，识别率 70%

从以上结果可知，本系统的语音识别功能准确率足以满足使用需求。

人脸识别部分调试

测试内容：人脸识别准确率。

白天：95%；夜间：80%。
地震监测部分调试

测试内容：为了对系统的地震报警功能进行检测，我们模拟地震时的摇晃场景去摇晃我们的系统模型。当系统实验箱震动超过一定角度后，系统便开始发出警报声。

初始化进入系统

语音留言文本留言

地震监测初始化地震监测 1

地震监测 2 手机控制家电测试

图 19 系统测试

六、结论与展望

本项目通过使用 STM32F407 搭建智能家居系统，通过蓝牙和语音控制实现智能开门/关门、开灯/关灯、开风扇/关风扇功能，本系统配备智能家居硬件系统一套以及智能家居 APP 一个。通过使用本系统，可实现方便、高效、安全的家居控制。同时，我们创新性地使用 Android ID 作为手机用户的识别码，极大地提高了系统的安全性和自主性。

概括之，本文主要做了以下工作。

概括总结了目前智能家居领域的现状与发展方向。学习智能家居系统必备的专业知识，包括蓝牙通信、语音识别、人脸识别等。
学习 STM32 芯片知识，温习 C 语言知识，掌握 STM32 库函数代码及相应寄存器的使用，实现 STM32 的操作系统编写，从而实现多功能的智能家居系统。
提出使用 Android ID 作为手机用户的识别码，将智能家居系统用户分为 root 用户和普通用户，方便进行管理。
完成前三点的基础上，搭建了完整的智能家居系统，并测试了系统的功能和稳定性。

总之，本系统的高度安全以及便宜，使得它十分适合应用在高校学生宿舍、酒店、旅馆等住宿人员变动大，需要不断变换房间主人的场合。

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前言:因为大三的时候需要交一个物联网通信以及Zigbee的俩门课设,所以花了半天的时间做了一个基于语音控制的智能家居,在这里记录一下以及分享给一些在校学生作为分享,因为那段时间忙着比赛所以花了很短的时 ...
一、基于wifi控制的智能家居系统之项目简介和设计方案（硬件基于arduino+esp8266,软件Android+Web端+scoket服务器，实现语音控制）
由于是物联网工程的学生,会一点硬件,会一点Android开发,会一点Web开发,于是乎决定毕设的时候做一个简单一点的毕设,但是能够把所有的知识都应用,串联起来,将所学的知识实践. 一.项目功能介绍项 ...
二、基于wifi控制的智能家居系统之项目效果图
这篇博客主要是展示项目的效果图和视频的简单演示,关于项目的简介请查看此篇文章一.基于wifi控制的智能家居系统之项目简介和设计方案说明说那么多原理和简介,不如先上图,不然太虚了,总要知道这个项目实 ...
html控制智能家居,一种通过web控制的智能家居系统的制作方法
一种通过web控制的智能家居系统的制作方法 [专利摘要]本发明提供了一种通过web控制的智能家居系统,包括移动终端,以MIPS芯片为核心的WiFi转串口模块,STM32控制模块,DALI控制模块,SI ...
基于Android和WI-FI通信的智能家居系统
针对传统智能家居系统存在的操作复杂.可移动性差.升级维护成本高等缺点,本文提出了一种基于Android的智能家居系统的设计和实现方案.采用了具有Android操作系统的智能手机或平板电脑作为家居控制终 ...
基于python的智能家居系统_基于Python Django的可扩展智能家居系统
基于 Python Django 的可扩展智能家居系统龚鸣,余杨志,邓宏涛 * [摘要] 针对现阶段智能家居系统智能化迭代开发的需求,分析当前智能家居系统主控的相关实现技术,提出了基于 Pyt ...
录制视频讲解，设计一个基于社交和大数据分析的智能家居系统
基于社交网络和大数据分析的智能家居系统摘要智能家居是在互联网影响下的物联化的产物,本文阐述了一种基于微信和和大数据分析的智能家居的设计方案.为何要用微信?为何要用大数据分析?这两种技术相结合能为智 ...

一种基于蓝牙和语音控制的智能家居系统【100010378】