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摘 要：在秋冬季，气候干燥，干燥的空气对人的健康有很大影响，因此空气加湿器就显得尤为重要。该文提出一种基于单片机的智能加湿器设计。基于51单片机，利用语音识别模块、蓝牙模块、GSM报警模块、电机等多个模块组合实现一款能能被语音及手机控制的智能自调节加湿器。加湿器可通过语音识别或手机控制自动运行，并具有监测环境和防盗的功能。该设计能更加方便人们生活，提高人们生活质量。
关键词：加湿器；语音识别；蓝牙通信；51单片机；循迹
1.引言
随着科技发展，人们生活质量极大提高，各种智能家居层出不穷，加湿器已成为较为常见的家居设备。但是通过调查，市场上的加湿器功能较为单一，如今家居设备的发展理念之一是多元化，因此需要一种新的设计思想，改进传统设计中的单一化。此外，市面上的大型加湿器，在家庭中使用中移动不方便，且只有加湿功能，因此市场反响冷淡。
当今半导体产业的快速发展，市面上出现大量的高性能，低成本的芯片，如stm32系列，intel系列，51系列等，此外，还有各种成本不高的传感器，可用于各个方向实现人对自然量的监测。将传统家居设备与这些结合，设计出具有实用性，功能更丰富的产品，能极大提高人们生活。
在此背景下，基于传统加湿器，将单片机与各种传感器及移动端设备结合，采样无线通信技术，语音识别技术，设计出一款新型智能加湿器，它具有监测环境，家庭防盗，语音及手机控制，自动行进的功能。
2.原理分析
本设计的研究内容包括语音控制、手机控制、防盗系统设计、小车循迹、传感器
工作方式以及单片机系统的软件和硬件设计。
（1）防盗：该产品加入红外防盗模块，当人出门时，可设置为防盗模式，当有人侵入，可通过防盗系统向主人发送短信，提醒主人家中可能有盗贼。
（2）循迹：通过三个光电对管，实现准确行进到指定位置。
（3）环境监测：加湿器上的多个传感器检测环境状态，并显示在液晶屏上。
（4）语音及手机蓝牙控制：通过语音识别芯片让加湿器自动行进；通过手机控制加湿器行走。整体流程图如下：
3.硬件电路设计
3.1.主控芯片
STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但是做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高靈活、超有效的解决方案。
3.2.无线通讯系统设计
通过蓝牙模块实现移动端和单片机的无线通讯，蓝牙模块是指集成蓝牙功能的芯片基本电路集合，用于无线网络通讯，可进行数据传输模块远程控制模块等。通过手机APP与系统中蓝牙进行配对，运用到串口通信，然后在APP中输入相应指令，发送给蓝牙，蓝牙接收到数据后，通过单片机对数据进行处理，来控制整个系统的行进。
3.3.语音识别系统设计
LD3320模块支持SPI接口和并行接口的非特定语音识别模块，板载咪头和有源晶振，方便在电子产品中实现语音识别、声控和人机对话功能。用户把识别的关键词：以字符串的形式传送进芯片，即可以在下次识别中立即生效。比如，用户在51等MCU的编程中，简单地通过设置芯片的寄存器，把诸如"你好"这样的识别关键词：的内容动态地传入芯片中，芯片就可以识别这样设定的关键词：语了。通过设定关键词：，当用户说出该词，芯片开始执行程序中设定的操作，让加湿器自动行进。
3.4.循迹部分设计
运用反射式光电对管，通过集聚光线来控制光敏三极管的导通与截止。对反射式光电开关，由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，由发光管GL辐射出光脉冲。当被测物体进入受光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管DU。并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分光电开关或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出光电开关控制信号
3.5.报警系统设计
通过GSM模块和热释电红外传感器组合，当主人离开家时，可打开报警开关，系统检测到有人进入，则向屋主手机发送提醒短信。热释电红外传感器能够检测到到人体发出的红外电信号。GSM 系统主要由四部分组成，即移动台（MS）、移动网子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、操作维护子系统（OSS）四部分，系统结构图如下图 2.6 所示。其中，PSTN 为共用电话网，PLMN 为公共陆地移动网络，ISDN 为综合业务数字网，PSPDN为分组交换共用数据网。
3.6.传感器系统设计
给单片机系统加上烟雾传感器，温湿度传感器等，实现对环境的检测警报，并显示在液晶屏上，当范围超过设定的阈值时，可语音提醒室内人员。
4.软件设计
根据系统的总体设计要求，将软件程序的编写总体分为两部分，语音识别及无线通讯控制加湿器循迹行进；传感器检测室内环境及GSM报警系统。
4.1.控制加湿器行进程序设计
LD3320模块与单片机通讯，通过程序控制特定词条的语音识别，若识别到的词条与程序设定的词条一致，单片机发出相应信号控制加湿器的动作；单片机收到手机发送的数据后，发出相应信号控制加湿器行进。
4.2.传感器及报警系统程序设计
该部分用到温湿度传感器，烟雾传感器，人体热释电红外模块及GSM模块。单片机程序设计的流程图如图：
5.设计成果及结语
本文讨论了基于单片机的智能加湿器设计过程，经过实验证明方案可行并且成本比较低廉，整个智能控制系统能够稳定运行，达到了预期效果。该设计使人们生活更加方便，不需要再搬运加湿器，人们可根据实际情况选择合适的方式控制加湿器行进，本设计还能够有效提醒人们室内环境状况，并能监控警报，一定程度上保障了家居安全。此外，以本设计为基础还能进行更多扩展，可以运用到更多的场合。
参考文献
[1] 彭杰纲，周兆英，叶雄英.基于MEMS技术的微型流量传感器的研究进展[J].力学进展，2005，35（3）：361-376.
[2] 闫迎利.压电效应及其应用[J].安阳师范学院学报，2001，（2）：44-45.
[3] 徐妙婧，祖一康.基于单片机的烟雾检测报警系统设计[J].电脑知识与技术，2016，（35）：74-74.
[4] 胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京：清华大学出版社，1995.
[5] 蓝和慧，王俊生.新版大学生电子设计竞赛单片机应用技能指导[M].电子工业出版社，2013.
[6] Hong Li，Si Qing Zhang.Design for Robot Control Board Based on AVR SinMicrocomputer[J].Applied Mechanicsand Materials，2014，2935（484）.
（作者单位：天津工业大学）
关键词：加湿器；语音识别；蓝牙通信；51单片机；循迹
1.引言
随着科技发展，人们生活质量极大提高，各种智能家居层出不穷，加湿器已成为较为常见的家居设备。但是通过调查，市场上的加湿器功能较为单一，如今家居设备的发展理念之一是多元化，因此需要一种新的设计思想，改进传统设计中的单一化。此外，市面上的大型加湿器，在家庭中使用中移动不方便，且只有加湿功能，因此市场反响冷淡。
当今半导体产业的快速发展，市面上出现大量的高性能，低成本的芯片，如stm32系列，intel系列，51系列等，此外，还有各种成本不高的传感器，可用于各个方向实现人对自然量的监测。将传统家居设备与这些结合，设计出具有实用性，功能更丰富的产品，能极大提高人们生活。
在此背景下，基于传统加湿器，将单片机与各种传感器及移动端设备结合，采样无线通信技术，语音识别技术，设计出一款新型智能加湿器，它具有监测环境，家庭防盗，语音及手机控制，自动行进的功能。
2.原理分析
本设计的研究内容包括语音控制、手机控制、防盗系统设计、小车循迹、传感器
工作方式以及单片机系统的软件和硬件设计。
（1）防盗：该产品加入红外防盗模块，当人出门时，可设置为防盗模式，当有人侵入，可通过防盗系统向主人发送短信，提醒主人家中可能有盗贼。
（2）循迹：通过三个光电对管，实现准确行进到指定位置。
（3）环境监测：加湿器上的多个传感器检测环境状态，并显示在液晶屏上。
（4）语音及手机蓝牙控制：通过语音识别芯片让加湿器自动行进；通过手机控制加湿器行走。整体流程图如下：
3.硬件电路设计
3.1.主控芯片
STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但是做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高靈活、超有效的解决方案。
3.2.无线通讯系统设计
通过蓝牙模块实现移动端和单片机的无线通讯，蓝牙模块是指集成蓝牙功能的芯片基本电路集合，用于无线网络通讯，可进行数据传输模块远程控制模块等。通过手机APP与系统中蓝牙进行配对，运用到串口通信，然后在APP中输入相应指令，发送给蓝牙，蓝牙接收到数据后，通过单片机对数据进行处理，来控制整个系统的行进。
3.3.语音识别系统设计
LD3320模块支持SPI接口和并行接口的非特定语音识别模块，板载咪头和有源晶振，方便在电子产品中实现语音识别、声控和人机对话功能。用户把识别的关键词：以字符串的形式传送进芯片，即可以在下次识别中立即生效。比如，用户在51等MCU的编程中，简单地通过设置芯片的寄存器，把诸如"你好"这样的识别关键词：的内容动态地传入芯片中，芯片就可以识别这样设定的关键词：语了。通过设定关键词：，当用户说出该词，芯片开始执行程序中设定的操作，让加湿器自动行进。
3.4.循迹部分设计
运用反射式光电对管，通过集聚光线来控制光敏三极管的导通与截止。对反射式光电开关，由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，由发光管GL辐射出光脉冲。当被测物体进入受光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管DU。并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分光电开关或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出光电开关控制信号
3.5.报警系统设计
通过GSM模块和热释电红外传感器组合，当主人离开家时，可打开报警开关，系统检测到有人进入，则向屋主手机发送提醒短信。热释电红外传感器能够检测到到人体发出的红外电信号。GSM 系统主要由四部分组成，即移动台（MS）、移动网子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、操作维护子系统（OSS）四部分，系统结构图如下图 2.6 所示。其中，PSTN 为共用电话网，PLMN 为公共陆地移动网络，ISDN 为综合业务数字网，PSPDN为分组交换共用数据网。
3.6.传感器系统设计
给单片机系统加上烟雾传感器，温湿度传感器等，实现对环境的检测警报，并显示在液晶屏上，当范围超过设定的阈值时，可语音提醒室内人员。
4.软件设计
根据系统的总体设计要求，将软件程序的编写总体分为两部分，语音识别及无线通讯控制加湿器循迹行进；传感器检测室内环境及GSM报警系统。
4.1.控制加湿器行进程序设计
LD3320模块与单片机通讯，通过程序控制特定词条的语音识别，若识别到的词条与程序设定的词条一致，单片机发出相应信号控制加湿器的动作；单片机收到手机发送的数据后，发出相应信号控制加湿器行进。
4.2.传感器及报警系统程序设计
该部分用到温湿度传感器，烟雾传感器，人体热释电红外模块及GSM模块。单片机程序设计的流程图如图：
5.设计成果及结语
本文讨论了基于单片机的智能加湿器设计过程，经过实验证明方案可行并且成本比较低廉，整个智能控制系统能够稳定运行，达到了预期效果。该设计使人们生活更加方便，不需要再搬运加湿器，人们可根据实际情况选择合适的方式控制加湿器行进，本设计还能够有效提醒人们室内环境状况，并能监控警报，一定程度上保障了家居安全。此外，以本设计为基础还能进行更多扩展，可以运用到更多的场合。
参考文献
[1] 彭杰纲，周兆英，叶雄英.基于MEMS技术的微型流量传感器的研究进展[J].力学进展，2005，35（3）：361-376.
[2] 闫迎利.压电效应及其应用[J].安阳师范学院学报，2001，（2）：44-45.
[3] 徐妙婧，祖一康.基于单片机的烟雾检测报警系统设计[J].电脑知识与技术，2016，（35）：74-74.
[4] 胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京：清华大学出版社，1995.
[5] 蓝和慧，王俊生.新版大学生电子设计竞赛单片机应用技能指导[M].电子工业出版社，2013.
[6] Hong Li，Si Qing Zhang.Design for Robot Control Board Based on AVR SinMicrocomputer[J].Applied Mechanicsand Materials，2014，2935（484）.
（作者单位：天津工业大学）