学位论文-—智能家居之语音智能自动门控制系统设计.docx

广州工程技术职业学院
毕业设计

题目：智能家居之“语音智能自动门”控制系统设计

摘要
智能家居是现代智能生活中的一大发展趋势，本文简单介绍了智能家居的现状和未来以及发展的限制因素，基于单片机的智能门控制系统的详细设计过程，本系统采用了实际应用中常用的设计理念和方法，即采取了自上而下和模块化的设计方法，提高了本产品的实际使用能力，而且本人以高性价比为理念，为本产品的推广缩短研发周期和降低研发成本，奠定推广基础。本系统将语音控制功能，电机驱动与传感功能和密码开关功能结合在一起，实现系统的智能自动控制。本系统的特别之处在于具有语音控制和用户与来宾之间的语音留言功能，这也是本产品的核心技术，语音控制模块由语音传感器和相关芯片组成，实现对语音命令的识别和录音，播放录音，用户可以为来宾留言或来宾为用户留言，提高使用的方便性。当电机收到不同的命令后，做出相应的动作，传感器用于检测门是否闭合以便判断门的状态，密码控制功能由矩阵键盘和单片机运算实现，启用密码控制之后，语音功能将失效，当门未锁好时，红灯闪烁，密码还具有随时修改，从而提高安全性能。
本系统还具有红外感应及万年历功能，感应到来人门内指示灯亮并且播放“欢迎光临”语音，当系统无输入操作时，系统进入万年历功能，并在LCD屏上显示当前的日期。鉴于目前的用户拥有多部安卓智能机，即有多余的安卓智能机的电源适配器，为了降低成本，最大限度地使用这些资源，决定采用安卓智能机的电源适配器为本产品供电，而且目前多数用户拥有充电宝，本系统在停电时可用充电宝供电，防止停电时候系统无法运行，电机使用220V供电，并且与控制系统分开供电，提高系统的安全和稳定性能。本系统在软件和硬件上都进行抗干扰等优化设计，具有较强的稳定性，具备一定的实用功能，详细功能请参阅设计要求，详细使用方法请参阅使用手册。
本系统旨在提高用户家居的智能化水平，提升用户的体验感受，为用户的智能化生活提供良好的解决方案。
关键词：单片机控制，智能控制，实际应用，安全稳定，多功能

目录
广州工程技术职业学院 1
毕业设计 1
题目：智能家居之“语音智能自动门”控制系统设计 1
摘要 2
目录 3
一．需求分析 4
1-1市场分析 4
1-2设计要求 6
1-2-1 功能要求： 6
1-2-2性能要求： 7
1-2-3成本要求： 7
1-3设计意义 7
二.方案论证 8
方案一： 8
方案二： 8
三．方案选定 8
四．总体设计方案 8
4-1系统设计思路： 8
4-2系统框图如下： 9
4-3系统运行过程： 10
五．详细设计方案 11
5-1 硬件设计方案 11
5-1-1音控模块设计 11
5-1-2 密码输入及LCD显示模块设计 32
5-1-3 HC-SR501红外感应模块设计 32
5-1-4 DS3231万年历及EEPROM AT24C32外存设计 34
5-1-5 电源模块设计 37
5-1-6 电机驱动模块设计 37
5-1-7 LM393红外接近开关模块设计 39
5-1-8 总体硬件设计 41
5-2 软件设计方案- 41
5-2-1音控模块驱动程序设计 41
5-2-2 密码输入及LCD显示模块驱动程序设计 41
5-2-3 红外感应模块驱动程序设计 41
5-2-4 万年历及LCD显示模块驱动程序设计 41
5-2-5 电机驱动与传感模块程序设计 41
5-2-6 用户程序设计 41
六．调试 41
6-1 硬件和软件分别调试 41
6-2 硬件和软件模拟联调 41
6-3 制作样品及调试 41
6-4 样品在不同环境中使用测试（无） 41
七．量产型成品设计（无） 41
7-1 成品外观设计 41
7-2 成品调试 42
7-3 成品的使用环境和功能测试 42
八．成品定型和编写用户手册（无） 42
九．结束语 42
十．参考文献及教程 42
十一.致 谢 43
十二.附录 44
附录一：系统电路图 44
附录二：控制程序 44
附录三：元件清单 44

一．需求分析
1-1市场分析
智能家居市场的引而未发的原因在于产品价格过高、安装调试困难、适用的目标市场比较小以及对市场推广人员的要求比较高等方面。本文将就这些方面进行分析，以了解智能家居市场进展缓慢的原因。  
    智能家居的概念传入中国已有近十年的时间了，国内的一些厂商也与2003年左右进入智能家居行业，并且陆续有一些智能家居系统推向市场。随着社会、经济水平的发展，人们对家居品质的追求也越来越高，要求家居舒适化、安全化，家居生活舒适化、智能化，对智能家居系统的需求也越来越强烈。近年来，家电、网络业巨头纷纷试水智能家居市场，面向智能家居行业的并购也时有发生，说明大家逐渐看好智能家居市场。但是目前智能家居市场还是保持一种不温不火的状态，就算最大的智能家居厂商每年也不过几千万的销售额，和业内人士的预测和期望相距甚远。很多业内人士认为智能家居市场正处于“黎明前的黑暗”时期，即将迎来爆发式增长的阶段。 
     智能家居市场的引而未发，一个重要的原因是智能家居的应用的还存在比较多的问题，包括产品价格过高、安装调试困难、适用的目标市场比较小以及对市场推广人员的要求比较高等方面。以下我们将就这些方面进行分析，以了解智能家居市场进展缓慢的原因。 
     首先是智能家居系统的价格门槛高。目前虽然很多厂家都提到即将实现万元级别的智能家居系统，但是市面上万元级别的、功能比较完善的智能家居系统还迟迟不见推出，主流的国产智能家居系统价格都在两三万以上，而国外品牌则大多在十万以上。这样的价格对一般的家庭来说是较难接受的。 
     其次是安装调试的门槛，目前智能家居的系统构成比较复杂，对工程施工人员的要求非常高，没有一定的专业知识和经验很难胜任。而且，安装智能家居系统一般需要在装修设计阶段就考虑到如何进行系统布线、如何安放智能家居系统设备。装修设计人员对智能家居大多不熟悉，智能家居方案商和装修设计师之间沟通难度大。 
     再有就是智能家居针对的目标市场较小。目前智能家居系统可分为有线和无线两种。对于有线系统来说，需要复杂的布线，对已装修完毕的用户来说，安装这样的系统只能破坏已有的装修。对于无线系统来说，也要有一定程度的施工。比如，对于单火取电的无线智能开关来说，虽然它和主机的通讯是通过无线传输的，但是由于它的无线收发模块需要一根零线和一根火线进行供电。国内大多的86开关盒内只有一根火线，所以要使这个无线开关正常工作，就必须在现有的86开关盒上引一根零线。应用这种无线家居系统同样需要重新布线。也就是说，绝大多数的智能家居系统只能应用在新建成以及重新装修的住宅上。这样无形中极大的压缩了智能家居的应用空间。比如，2010年，北京住房总建筑面积达到4亿多平方米，而新增住房建筑面积年均约2500万平方米，也就是说，这新增的2500万平方米以及重新装修的住房，才能应用智能家居系统，这个比例就相对较低了。      最后是对市场推广人员的要求比较高。目前智能家居主要的销售渠道有和开发商合作在新建小区预装智能家居系统、和装修设计公司合作在新装修的住宅安装智能家居系统等。这些销售方式要求营销人员有很强的房地产以及装修设计等行业背景、有丰富的相关行业人脉资源。对新开楼盘来说，预装智能家居系统的比例还是比较低的，这就造成了僧多粥少的局面，同时还存在项目跟进周期长、回款比较慢等问题。对于装修设计渠道来说，同样存在项目跟进周期长的问题，所以主要针对的目标市场是别墅，这样才可能有较大的合同金额和收益。这就造成合格的市场推广人员比较少，不能大面积地进行智能家居的普及和宣传，普通老百姓不了解智能家居可以带来诸多好处，当然也不能成为潜在的营销对象。 
     总而言之，目前还没有出现能满足普通、已装修家庭需求的智能家居系统。要想撬动智能家居市场，就必须有一个价格可接受、安装维护方便、无需布线的产品出现，使占大多数的已装修住宅能使用上智能家居系统。要解决价格虚高，关键在于产品的规模。目前智能家居的成本大部分在非硬件成本上，由于规模上不去，分摊到每个产品的运营成本以及开发成本就很高。而在技术上，随着无线物联网的发展，各种无线组网技术越来越成熟、稳定性越来越高，同时组网成本也越来越低。我相信短期内一定会有各种应用方便、价格适合的智能家居系统可供普通不想破坏原有装修的住户使用。到那时候，智能家居才能迎来爆发式增长的阶段。

1-2设计要求
1-2-1 功能要求：
1. 语音控制功能：具有语音提示，留言，播放留言和识别“开门，关门，密码锁门，外出，录音，播放”等基本的语音指令和执行相应的操作功能，进入外出模式时，有人敲门播放提示音和用户的留言，用户归来可以播放来宾的留言。
2. 密码和LCD显示功能：当语音输入“密码锁门和外出”或在键盘中按下密码和外出键时，进入密码锁状态，即外出模式，需要输入密码才能开启，当门未锁好时红灯闪烁，密码可随时修改，并在LCD上显示，只有输入密码之后才能查看和播放全部录音。
3. 红外感应功能：当有人来时，红外感应的来人，门内指示灯亮并播放“欢迎光临”语音。
4. 万年历功能：当系统长时间无操作时，启动万年历功能，并在LCD屏上显示当前的日期。
5. 电源模块：控制系统电源：为了降低成本和最大限度利用资源，本系统使用安卓智能机的电源适配器，采用充电宝作为应急备用电源。电机电源：采用220V交流电，与控制系统分开供电。
6. 电机驱动与传感：电机收到不同指令时，根据指令做出不同的转动动作，以实现门的自动开关及上锁，解锁等，传感器用于检测门的状态，判断门是否闭合。
1-2-2性能要求：
本系统属于低端的智能系统，对其处理器的运算能力和系统智能程度要求不高，短时间内需要处理的数据量不多，但其应较快，较准确地响应用户的指令，而且具有良好的安全和稳定性能。
1-2-3成本要求：
本系统应以“高性价比”为核心理念，着重在达到功能要求的情况下降低材料，研发，生产成本，使其符合普通家庭的使用需求，为未来的推广奠定基础。

1-3设计意义
本课题根据住宅智能化的发展现状及其发展趋势，研究并设计了一个比较完整的基于单片机的住宅“语音智能自动门”控制系统。该智能系统主要包括各功能模块、单片机、电源自动切换等组成部分，并引入模块化思想，从而使系统整体更简洁、完善。住宅智能化是我国未来智能住宅建筑的重点发展方向，而智能门锁是这方面的技术热点，虽然这方面的资料比较多，但是功能单一，设计结构不合理，甚至只是照搬他人的设计，夸大产品的性能，并且这些产品较杂乱，无统一标准，性能差，即使有部分产品的性能较好，但是价格又比较昂贵，并且受距离和容量的限制。目前许多用户拥有闲置的安卓智能机电源适配器和充电宝，为了不要造成资源浪费，故本系统采用安卓智能机的电源适配器供电，采用充电宝作为应急电源，因此，开发一套功能和结构合理、包含多种技术和功能的高性价比的新型智能系统具有重要的现实意义。

二.方案论证
方案一：
基于ARM处理器，加入大容量存储器，语音数据包和高级语音识别芯片，具有非特定的语音识别功能，高度智能化的语音提示功能，采用指纹密码解锁和高清显示屏，增加WIFI模块和开发手机用户软件，实现远程联网控制，使用红外感应和微型高清摄像头，在门内的显示屏或在手机用户软件中就可看清门外的情景，开发具有记录待办事项的日历，并通过语音提示，用步进电机执行相关的动作指令。此方案虽然增加本系统的功能和提升各方面的性能，实现真正的智能化控制，但研发成本大幅度增加，而且技术难度高，研发周期长，因个人能力有限，故排除此方案。
方案二：
基于AT89C51单片机，采用LD3320语音识别芯片和AT24C32 EEPROM存储器，能够识别特定的语音命令，播放特定的语音，采用矩阵键盘数字密码锁和字符型LCD显示屏，仅使用HC-SR501红外感应模块感应门外的人并点亮相应的指示灯，开发基于DS3231芯片的万年历，在LCD显示屏上显示当前的日期，用步进电机执行相关指令。此方案虽然智能程度低，但成本低，便于研发和推广，故选用此方案。
三．方案选定
根据方案论证的结果，选定方案二。
四．总体设计方案
4-1系统设计思路：
根据选定的方案，选用AT89C51单片机为主控制器，JQ6500语音录放芯片进行录制系统固定语音和播音，使用WTV-SR录音芯片录制用户语音，LD3320语音识别芯片进行语音识别，BISS0001红外感应模块感应来宾，LCD1602 液晶显示屏显示日期，时间和密码，DS3231日历芯片提供详细的日期时间，L298N电机驱动芯片和步进电机驱动门的开关和门锁的上锁，解锁，AT24C32 EEPROM存储器扩展存储空间，用红外漫反射光电接近开关感应门的状态，使用安卓智能机电源适配器供电，使用充电宝作为应急电源等。
4-2系统框图如下：

语音录放模块

语音识别模块

红外感应模块

密码输入及
LCD显示模块

单片机控制系统

万年历模块

电机驱动与传感模块

EEPROM外存模块

电源模块

键盘示意图：

LCD显示屏

0
1
2
密码
3
4
5
开/关
删除
6
7
8
下一条
日期
9
录音
播放
确定
外出

4-3系统运行过程：
本系统具有普通锁门和密码锁门两种方式，当门处于开的状态时，用户语音输入“关门”命令或按下键盘中“开关”键时，电机驱动门闭合和上锁，此时门处于普通锁状态，只需要语音输入“开门”命令或再次按下“开关”键，即可开门。当门处于普通锁状态时，语音输入“密码”命令或按下“密码”键，门锁处于密码锁状态，需要在键盘中输入密码才可开锁，再次按下“密码”键，用户输入原有的密码进入密码修改状态，需要输入8位数字才可确定退出。语音输入“录音”命令或按下“录音”键，系统处于录音状态，用户语音输入“保存”或按下“确定”键结束和保存当前的录音。录音过程中，再次按下“录音”键，删除并退出当前的录音，用户长时间无输入，录音时间到后系统自动删除并退出录音，语音输入“删除”或按下“删除”键，删除并退出当前的录音。录音结束后，用户或来宾可在10秒内自由删除当前的录音，10秒后需密码才可删除。语音输入“播音”或按下“播音”键，播放来宾的留言，播放过程中，按下“播放”键结束和退出当前的播放，按下“下一条”键，播放下一条留言。语音输入“外出”或按下“外出”键，有人来敲门时播放提示语音和用户的留言。当前无其他操作，按下“日期”键显示日期，再次按下“日期”键，修改日期。
五．详细设计方案
5-1 硬件设计方案
5-1-1音控模块设计
一．语音录放系统设计
1.结构框图

2.封装管脚图

管脚描述
引脚
描述
功能
引脚
描述
功能
1
P14
BUSY输出
15
/CS
SPI-FLASH_CS，下载数据用
2
P15
内部功能使用
16
P05
按键
3
P16
内部功能使用
17
P04
按键
4
NC
空
18
P03
三线串口DATA/按键
5
P17
内部功能使用
19
P02
三线串口CLK/按键
6
NC
空
20
P01
三线串口CS/按键
7
/RESET
复位脚，保持低电平10ms有效
21
P00
按键
8
AUDIO-L
外接功放音频输出正极
22
3.3V
电源正
9
SP-
直接驱动扬声器输出负极
23
NC
空
10
SP+
直接驱动扬声器输出正极
24
MIC+
麦克风录音正极接口
11
DI
SPI-FLASH_DI，下载数据用
25
NC
空
12
DO
SPI-FLASH_DO，下载数据用
26
LINE IN
外部音源线路录音输入端
13
CLK
SPI-FLASH_CLK，下载数据用
27
P06
按键
14
GND
地
28
P07
按键

3.录音长度
WTV-SR利用SPI-FLASH存储语音信息，录音时间的长短跟所挂的SPI-FLASH容量有关。当前WTV-SR版本只支持最大32M SPI-FLASH。具体如下表所示，表中数据为10KHz采样率录音时所得。
SPI-FLASH容量（bit）
4M
8M
16M
32M
64M
录音时间（秒）
101
206
416
836
1600

本模块采用的模块的SPI-FLASH容量为32Mbit。
4.控制模式
WTV-SR拥有MP3模式、按键一对一模式、并口模式和三线串口模式。多种控制模式使WTV-SR能被应用在多种场合。通过设置WTV-SR底部的短接点，可以更改不同的控制模式。

控制模式
短接点
图片
M0
M1
M2

MP3

1

1

1

按键一对一

0

1

1

并口

1

0

1

三线串口

1

1

0

本系统采用的按键一对一模式
功能描述
此模式具有四组按键，分别为四个录音键，四个放音键，可录4段语音。同一组的语音重新录制时，会将原来的语音覆盖。其录放音端口跟功能如下表所示。

语音
第1段
第2段
第3段
第4段
录音端口
P00
P01
P02
P03
放音端口
P04
P05
P06
P07
以上控制端口均为负脉冲触发，按键防抖时间为15ms。

时序图描述

录音时序图

放音时序图
5.下载、上传语音文件和原理图
WTV-SR配合相关上位机软件，可以通过USB向PC端上传语音文件，包括录制的语音。所上传的语音文件格式为WAV。PC端也可以下载WAV文件到WTV-SR，供WTV-SR播放。所下载的语音文件名以F开头，如F0001则为下载的语音，也就是固定语音。

下载、上传应用电路原理图
二．系统固定提示音模块设计
1.简介
JQ6500是一个提供串口的MP3芯片，完美的集成了MP3、WMV的硬解码。同时软件支持TF卡驱动，支持电脑直接更新spi flash的内容，支持FAT16、FAT32文件系统。通过简单的串口指令即可完成播放指定的音乐，以及如何播放音乐等功能，无需繁琐的底层操作，使用方便，稳定可靠是此款产品的最大特点。另外该芯片也是深度定制的产品，专为固定语音播放领域开发的低成本解决方案。

2. 模块管脚说明

引脚序号
引脚名称
功能描述
备注
1
K1
对应第1段音频
对地触发播放第1段音频
2
K2
对应第2段音频
对地触发播放第2段音频
3
K3
对应第3段音频
对地触发播放第3段音频
4
K4
对应第4段音频
对地触发播放第4段音频
5
K5
对应第5段音频
对地触发播放第5段音频
6
SGND
地
电源地
7
ADKEY
AD口

8
BUSY
播放指示灯
有音频输出时高，无音频输出高
9
RX
UART串行数据输入

10
TX
UART串行数据输出

11
GND
地
电源地
12
DC-5V
模块电源输入
不可以超过5.2V
13
ADC_R
音频输出右声道
驱动耳机、功放
14
ADC_l
音频输出左声道
驱动耳机、功放
15
SPK-
喇叭+
直接驱动1W/8R以下喇叭
16
SPK+
喇叭-

3.存储器能装的语音时间长度
JQ6500模块 SPI FLASH 容量与音频时间长度对换表：(单位：S)
本模块采用的芯片SPI FLASH 容量为32MBits

4.通讯格式
支持异步串口通讯模式,通过串口接受上位机发送的命令
通讯标准:9600 bps
数据位 :8
校验位 :none
流控制 :none

格式：$S VER Len CMD Feedback para1 para2 checksum $O

$S
起始位0x7E
每条命令反馈均以$开头,即0x7E
Len
Len后字节个数
Len + CMD + para1 + para2
CMD
命令字
表示具体的操作,比如播放/暂停等等
para1
参数1
查询的数据高字节(比如歌曲序号)
para2
参数2
查询的数据低字节
$O
结束位
结束位0xEF

例如，如果我们指定播放，就需要发送:7E 04 03 00 01 EF，红色代表第几首， 01表示第一首，02表示第二首...... 即从01开始计算，数据长度为4 ,这4个字节分别是[04 03 00 01] 。不计算起始、结束。

组合播放：
连续发送【7E 04 03 00 01 EF】【7E 04 03 00 02 EF】【7E 04 03 00 03 EF】，则连续播放第一首、第二首、第三首，最多可以十首组合，播放完停止

通讯指令
直接发送的指令，不需要返回参数
CMD详解(指令)
对应的功能
参数(16位)及对应指令格式
0x01
下一曲
【7E 02 01 EF】
0x02
上一曲
【7E 02 02 EF】
0x03
指定曲目(NUM)
0-65535、SPI(0-200)
【7E 04 03 00 01 EF】表示播放第一段音乐
红色字体就是播放的段数 自己可以改变
0x04
音量+
【7E 02 04 EF】
0x05
音量-
【7E 02 05 EF】
0x06
指定音量
0-30【7E 03 06 15 EF】红色字体就是音量大小范围00到1E

0x07
指定EQ(0/1/2/3/4/5)
Normal/Pop/Rock/Jazz/Classic/Base
【7E 03 07 01 EF】红色字体可以改变从00到05
0x09
指定设备(0/1/2/3/4)
U/TF/AUX/SLEEP/FLASH
【7E 03 09 01 EF】红色字体可以改变从00到05
0x0A
进入睡眠 -- 低功耗
暂停播放
【7E 02 0A EF】
0x0C
芯片复位
【7E 02 0C EF】
0x0D
播放
【7E 02 0D EF】
0x0E
暂停
【7E 02 0E EF】
0x0F
上下文件夹切换
1下一个文件夹。0上一个文件夹
【7E 03 0F 00 EF】红色字体可谓00 01
0x10
保留

0x11
循环播放
0 1 2 3 4(ALL FOL ONE RAM ONE_STOP)
【7E 03 11 00 EF】红色字体为00 01对应为相应的模式，00表示全部循环，01表示单曲循环；如：要循环播放第二曲，先发送7E 03 11 01 EF 再发送7E 04 03 00 02 EF
0x12
指定文件夹文件播放
01 01 （前面01指文件夹后面01指文件）备注1
【7E 04 12 01 01 EF】
即播放01文件夹里面的01文件

插播功能
此功能必须flash和TF卡同时存在，即TF卡存放音乐，flash存放语音，当播放音乐的时候可以插入一段语音，语音播放完后则从断开的那个点接着播放音乐。操作方式：在播放TF卡的音乐时，先转换到flash，即发送指令：【7E 03 09 04 EF】，然后发送对应的哪一个flash语音段：【7E 04 03 00 01 EF】，用BUSY检测播放完后，再发送指令转换到TF卡，即发送指令：【7E 03 09 01 EF】，然后发送播放指令：【7E 02 0D EF】

例如，下一曲，发送:7E 02 01 EF
例如，上一曲，发送:7E 02 02 EF
例如，播放， 发送:7E 02 0D EF

查询系统的参数
CMD命令详解(查询)
对应的功能
说明及命令格式
0x40
返回错误，请求重发

0x42
查询当前状态
播放 停止 暂停 三种状态
【7E 02 42 EF】
0x43
查询当前音量
【7E 02 43 EF】
0x44
查询当前EQ
返回值012345对应（Normal/Pop/Rock/Jazz/Classic/Base）
【7E 02 44 EF】
0x45
查询当前播放模式
返回值0 1 2 3 4对应(ALL FOL ONE RAM ONE_STOP)
【7E 02 45 EF】
0x46
查询当前软件版本
【7E 02 46 EF】
0x47
查询TF卡的总文件数
【7E 02 47 EF】
0x48
查询UDISK的总文件数
【7E 02 48 EF】
0x49
查询FLASH的总文件数
【7E 02 49 EF】
0x4B
查询TF卡的当前曲目
【7E 02 4B EF】
0x4C
查询UDISK的当前曲目
【7E 02 4C EF】
0x4D
查询FLASH的当前曲目
【7E 02 4D EF】
0x50
查询的当前播放时间
【7E 02 50 EF】
0x51
查询的当前播放歌曲总时间
【7E 02 51 EF】
0x52
查询的当前播放歌曲名字
返回值为歌曲名字（SPIflsh不支持）
【7E 02 52 EF】
0x53
查询的当前文件夹的总文件夹数
【7E 02 53 EF】

例：读取音量大小发送【7E 02 43 EF】 则直接返回音量大小（十六位）
ADKEY 电阻功能：0R PLAY 3.3K 下一曲、V+ 6.2K 上一曲，V- 9.1K 模试切换，
备注1 在U盘 和TF卡里面的文件夹命名必须是01 02………….99 在文件夹里面的文件命名必须是001 002 003………..

关于存储器中语音文件的说明：
* 声音文件必须是 MP3 格式。
* 文件的名字不限，但上面指令说到的 【00 01】是指第 1 个MP3 文件 ，【00 03】是指第 3 个 MP3 文件。顺序是以装进此存储器的先后顺序作为识别标准。

5.JQ6500-16P模块原理图

三．语音识别模块设计
一．简介
LD3320 芯片是一款“ 语音识别 ”专用芯片。该芯片集成了语音识别处理器
和一些外部电路，包括 AD、DA 转换器、麦克风接口、声音输出接口等。本芯片
不需要外接任何的辅助芯片如 Flash、RAM 等，直接集成在现有的产品中即可以
实现语音识别/声控/人机对话功能。并且，识别的关键词语列表是可以任意动态
编辑的。本文档介绍如何编写程序实现芯片的功能。为更好地理解本文档内容，
建议用户先仔细阅读《LD3320 数据手册》
二．电路说明
以下为内部电路的简单逻辑图。
详细说明如下：
电压要求
VDD 数字电路用电源输入 3.0 V – 3.3 V
VDDIO 数字 I/O 电路用电源输入 1.65 V – VDD
VDDA 模拟电路用电源输入 3.0 V – 4.0 V
建议用户可以用统一的 3.3v 电压输入以简化设计 3.3v 。数字电压和模拟电压进
行隔离可以使得芯片有更好的效果。
芯片管脚输入电压范围：高电压 （逻辑“1” “0”）:0.7*VDDIO ~ VDDIO :0.7*VDDIO ~ VDDIO :0.7*VDDIO ~ VDDIO
低电压（逻辑“0”）：0 ~ 0.3*VDDIO
因此，开发者需要保证自己使用的主控 MCU 同样工作在 MCU 同样工作在 3.3v，保证 3.3v
主控 MCU 向 LD3320 的管脚输出的高电压不超过 3.3V。
串行接口
串行接口通过 SPI 协议和外部主 CPU 连接， 首先要将 MD 接高电平， 而将
（SPIS*）接地。此时只使用 4 个管脚：片选（SCS*） 、SPI 时钟（SDCK） 、
SPI 输入(SDI)和 SPI 输出（SDO） 。
三．管脚说明

说明：
IO 方向： I 表示输入； O 表示输出。
AD 分类： A 表示模拟信号； D 表示数字信号。

四．寄存器操作
本芯片的各种操作，都必须通过寄存器的操作来完成。比如设置标志位、
读取状态、向 FIFO 写入数据等。寄存器读写操作有 2 种方式，即标准并行方式
和串行 SPI 方式。

串行 SPI 方式
第 46 脚（MD）接高电平，且第 42 腿（SPIS*）接地时按照此方式工作。写
和读的时序图如下：

图 3 SPI 方式写时序
写的时候要先给 SDI 发送一个 “写”指令（04H），然后给 SDI 发送 8 位寄
存器地址，再给 SDI 发送 8 位数据。在这期间，SCS*必须保持在有效（低
电平）。

图 4 SPI 方式读时序

写的时候要先给 SDI 发送一个 “读”指令（05H），然后给 SDI 发送 8 位寄
存器地址，再从 SDO 接受 8 位数据。在这期间，SCS*必须保持在有效（低
电平）

五．寄存器介绍
寄存器大部分都是有读和写的功能，有的是接受数据的，有的是设置开
关和状态的。寄存器的地址空间为 8 位，可能的值为 00H 到 FFH。但是除了在
本文档里介绍的寄存器，其他大部分为测试或保留功能的寄存器，请用户参
考本文档的用法。
先介绍一些术语：
ASR: 自动语音识别技术 ASR （Automatic Speech Recognition）。
FIFO:英文 FIFO First In First Out 的缩写，是一种先进先出的数据缓存器，它与普通存储器的区别是没有外部读写地址线，这样使用起来非常简单。 (*) LD3320 芯片内部有 2 个FIFO，分别是： FIFO_EXTFIFO_DATA FIFO_DATA 主数据处理 FIFO 缓存器，ASR 或者MP3 的主数据区 ， FIFO_EXT 语音识别添加关键词用 FIFO 缓存器
MCU： 本文档中专指外部电路板的主控芯片 MCU ，对 LD3320 芯片进行控制的微处理器。
DSP：本文档中专指本芯片 DSP LD3320 内部的专用 DSP，实现语音识别和语音播放的算法。
寄存器的详细说明如下：

六．原理图

5-1-2 密码输入及LCD显示模块设计
密码输入采用矩阵键盘输入，LCD显示采用LCD1602 128*64，其矩阵键盘原理图如下：

详细资料请参阅相关说明书
5-1-3 HC-SR501红外感应模块设计
一. 产品特点：
HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装进口LHI778 探头设计，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备，尤其是干电池供电的自动控制产品。
二．功能特点:
1、全自动感应:人进入其感应范围则输出高电平， 人离开感应范围则自动延时关闭高电
平，输出低电平。
2、光敏控制（可选择，出厂时未设）可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。
3、温度补偿(可选择，出厂时未设)：在夏天当环境温度升高至 30～32℃，探测距离稍变短，温度补偿可作一定的性能补偿。
4、 两种触发方式：（可跳线选择）
a、不可重复触发方式:即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电
平变成低电平；
b、可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围 活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检
测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段， 并且以最后一次活动的时间为延时
时间的起始点)。
5、具有感应封锁时间(默认设置:2.5S 封锁时间)：感应模块在每一次感应输出后（高电平变成低电平），可以紧跟着设置一个封锁时间段，在此时间段内感应器不接受任何感应信号。此功能可以实现“感应输出时间”和“封锁时间”两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。(此时间可设置在零点几秒
—几十秒钟)。
6、 工作电压范围宽：默认工作电压 DC4.5V-20V。
7、 微功耗:静态电流<50 微安，特别适合干电池供电的自动控制产品。
8、 输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接。

三．使用说明:
1. 感应模块通电后有一分钟左右的初始化时间，在此期间模块会间隔地输出0-3 次，一分钟后进入待机状态。
2. 应尽量避免灯光等干扰源近距离直射模块表面的透镜，以免引进干扰信号产生误动作 ；使用环境尽量避免流动的风，风也会对感应器造成干扰。
3. 感应模块采用双元探头，探头的窗口为长方形，双元（A 元 B 元）位于较长方向的两端，当人体从左到右或从右到左走过时,红外光谱到达双元的时间、距离有差值，差值越大，感应越灵敏，当人体从正面走向探头或从上到下或从下到上方向走过时，双元检测不到红外光谱距离的变化，无差值，因此感应不灵敏或不工作；所以安装感应器时应使探头双元的方向与人体活动最多的方向尽量相平行，保证人体经过时先后被探头双元所感应 。为了增加感应角度范围，本模块采用圆形透镜，也使得探头四面都感应，但左右两侧仍然比上下两个方向感应范围大、灵敏度强，安装时仍须尽量按以上要求。

四．感应范围及原理图

5-1-4 DS3231万年历及EEPROM AT24C32外存设计
一．DS3231概述
DS3231是低成本、高精度I²C实时时钟(RTC)，具有集成的温补晶振(TCXO)和晶体。该器件包含电池输入端，断开主电源时仍可保持精确的计时。集成晶振提高了器件的长期精确度，并减少了生产线的元件数量。DS3231提供商用级和工业级温度范围，采用16引脚300mil的SO封装。
RTC保存秒、分、时、星期、日期、月和年信息。少于31天的月份，将自动调整月末的日期，包括闰年的修正。时钟的工作格式可以是24小时或带AM/PM指示的12小时格式。提供两个可设置的日历闹钟和一个可设置的方波输出。地址与数据通过I²C双向总线串行传输。
精密的、经过温度补偿的电压基准和比较器电路用来监视VCC状态，检测电源故障，提供复位输出，并在必要时自动切换到备份电源。另外，/RST监视引脚可以作为产生外部复位的手动输入。

二. DS3231特点
1.0°C至+40°C范围内精度为±2ppm
2.-40°C至+85°C范围内精度为±3.5ppm
3.为连续计时提供备用电池输入
4.工作温度范围 商用级：0°C至+70°C工业级：-40°C至+85°C
5.低功耗
6.实时时钟提供秒、分、时、星期、日期、月、年信息，并提供有效期到2100年的闰年补偿
7.两个日历闹钟
8.可编程方波输出
9.快速(400kHz) I2C接口
10.3.3V工作电压
11.数字温度传感器输出：精度为±3°C
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