摘  要

随着科学和技术的进步，人们的生活水平逐渐提高，他们开始追求一个知识、舒适的家庭环境，允许智能系统快速发展。浴室是现代住宅不可或缺的一部分，在人们的生活中起着非常重要的作用。使用语音识别技术和控制浴室是智能家庭研究的热点。采用最新的语音控制技术，可以大大改善家庭生活的方式，使得使用者可以轻松地操作和管理卫生间。这款卫生间的智能化设备，包括主控制器、语音识别、温度监测、人脸识别和继电器等模块，可以实现智慧的卫生管理。采用STM32微控制器作为核心，结合先进的语音识别技术，可以准确地接收和分析用户发出的语音控制信号，从而达到智能化的控制效果。通过在智能住宅中使用语音识别技术，可以为浴室设备提供语音控制和控制，为用户提供更安全、更舒适、更舒适的环境。

关键词：语音控制；语音识别；智能浴室

ABSTRACT

With the progress of science and technology, people's living standard gradually improves, they begin to pursue a knowledge, comfortable home environment, allowing intelligent system to develop rapidly.The essentiality of a bathroom in modern dwellings is undeniable, and its part in the lives of individuals is paramount. Using voice recognition technology and controlling the bathroom are hot topics in smart home research. Through voice control technology, more effective human-computer interaction, improve the convenience of home.Comprising the main controller module, voice recognition module, temperature detection module, human infrared detection module and relay module, this user voice control bathroom system is mainly composed. With STM32 microcontroller as the main controller, voice commands are obtained and analyzed through speech recognition module to realize voice control lighting, bath and other functions. By using voice recognition technology in smart homes, it is possible to provide voice control and control for bathroom devices, providing users with a safer, more comfortable and comfortable environment.

Key words: voice control; speech recognition; smart bathroom

目  录

第1章  绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外智能家居研究现状

1.3 国内外语音识别研究现状

1.4 论文的主要工作和结构安排

第2章 系统方案设计

2.1 系统总体方案的设计

2.2 器件的选取和设计

2.2.1 主控芯片

2.2.2 语音控制模块

2.2.3 温度检测模块

2.2.4 继电器模块的选择

2.2.5 显示器方案选择

第3章 系统硬件设计

3.1 单片机模块

3.2 电源模块

3.3 显示模块

3.4 报警模块

3.5 继电器模块

3.6 水温检测模块

3.7 语音采集模块

3.8 人体红外检测模块

第4章 软件设计

4.1 主程序流程图

4.2 语音交互模块

4.2.1 语音交互串口SPI读写方式

4.2.2 串口通信

4.3 显示模块程序设计

4.4 报警程序设计

4.5 温度检测模块程序设计

第5章 系统测试

5.1 模块测试

5.2 系统测试

结论 22

参考文献

致谢

附录

第1章  绪论

1.1 课题研究的背景和意义

技术改变了生活，随着技术的发展，智能家庭逐渐融入到生活中。在这一环境中，智能技术广泛应用于所有与人类生活有关的领域，其中一些领域已经在改善。虽然最接近人类生活的智能住房领域是互联网影射的一个重要反映，但它正在逐渐扩大。IA（smartome automation）[23]是一种集成了家用电器、网络通信、安全、自动控制、音频视频等多种技术的综合性解决方案，它可以帮助家庭更加安全、舒适、艺术和环境，从而实现更加高效的家庭住房和议程管理[1]。

目前，在国内市场，产品主要在智能厕所中占主导地位，相对于当地用户难以接受的单型产品，一般卫浴尚未被用于系统层面的合理化，也没有考虑充分实现用户行为需求、用户心理需求等的智力功能。

智能浴室是未来智能生活的趋势[2]。科技的发展应该有助于提高人们的生活质量。这个项目是基于基于用户需求的智能浴室系统的研究，基于用户的经验和明确满足不同群体需求的解决方案。这个系统更多的是连接技术的结合。

本文旨在探讨语音交互式智能浴室系统的设计，以及将语音识别技术应用于智能家居中，以提高浴室设备的操作效率，解决传统操作中存在的低效问题，例如室内温度的私人调节、风险控制开关等。

1.2 国内外智能家居研究现状

智能家居的想法是在很久以前的时候提出的，但直到20世纪80年代美国建造了世界上第一个智能房子才被使用[3]。从那以后，欧洲和美国，如美国、德国、比利时和其他国家，提出了智能住房计划。如美国的霍尼韦尔公司推出HRIS-1000智能家居系统，该系统采用了一种灵活而简单的方法来建立一个家庭，现代化基于社区建设的大型设施，灵活的控制和方便的优势，德国的EnOcean公司设计的系统较以往的系统来说，收集技术提供优秀解决方式，成本明显减少，提高了住屋的实用性;比利时的TELETASK处理办法提供对大多数家用器具、供热、凉风、家用电器还包括外设、视频投影等设备的综合控制[21]。其余的像新加坡也存在部分智能系统，如家庭安全、视觉和视听访问等，随着欧洲和美国智能住房的增长，亚洲国家迅速实现日本、新加坡、韩国和其他投资于家庭智力研究的智能家庭市场。经过多年的发展，智能住房技术取得了很大进展，从最初的阶段逐渐转变为正常的家庭生活。新加坡大约有5000户人家的近30户人家采用智能家居美国近4万户人家采用了“家庭智能系统”[10]。还开始使用数字视频盒和互联网开发其独特的智能住房系统，将四个控制家具、信息电子学、安全设备和娱乐设备合并成一个全面的、智能的宽带网络。我国在智能家居领域技术上的研究起步较晚，直到上世纪90年代比尔盖茨建成了自己的智能大厦，我国对智能家居的研究仍然还停留在认知阶段。进入21世纪后，在物联网、人工智能、大数据、云计算等技术的推动下，我国的智能家居发展迅猛。

我们的智能住房技术研究开始晚了，直到20世纪90年代比尔·盖茨建造了他自己的智能宅邸，我们的智能家居研究一直保持在认知水平。进入21世纪后，我们国家的智能住宅发展迅速，由物质、人工智能、大数据、云计算和其他技术驱动[7]。

海尔U+大脑，一款专注于U+ life的人工智能产品，已经成功推出。它不仅拥有语言辨认、视觉感受等功能，还拥有深度学习、模型建立、计算机视觉、模型建模等功能，使得它成为当今社会最受欢迎的智能产品之一，不仅满足消费者的需求，还能够支持他们的日常出行。2017年，U+正式投入使用，它拥有先进的计算机视觉、深度学习、自主决策等功能，并且可以将其运行于各种网络环境，实时传输并使用其智能地图[6]。

未来，智能家庭的发展将更加注重实用性，并且将会更加重视语音控制技术的应用，以满足消费者的需求，并成为未来市场的重要组成部分。

1.3 国内外语音识别研究现状

自20世纪中期以来，海内外的科学家们一直在努力探索和实现语音识别的可能性，贝尔实验室的专业团队也在不断努力，他们设计出一种独立的数字语音识别系统，虽然实现起来相对较为复杂，却也为语音识别的应用提供了一个新的可能性。20世纪60年代，他们首次将动态时间曲线（Dynamic Time Warping，DTW）运用于语音识别，以此来改善语音信号的传输速率，并且在目前的情况下，该方法已经取得了显著的成果。20世纪70年代，日本的科学家们利用线性预测技术（LPC），将自然语言处理的原理转化为可以实现独立的语音识别、小型词库等的自动化处理。LPC的光谱参数表现出独到的优势，使它们能够更加准确地实现自然语言处理。20世纪80年代，对于解决语音识别难题，研究人员开发出了一种新的马本生成算法，即矢量量化（Vector Quantization，VQ），这种算法不仅可以有效地改善语音识别的准确性，而且还可以有效地应对复杂的环境，从而实现更高效的辨识[8]。通过运用概率统计学的原理，我们可以精准地估测出各种语音识别系统的最佳解决方案，这也使得语音识别技术的发展得以实现，并且为语音识别系统的发展打下了扎实的根基。

20世纪90年代，研究人员提出了三种新的技术：HMM、 Gaussian Mixture和GMM，这些技术都能够用来表示高斯称重随机概率函数的分布，并且在语音识别领域得到了广泛的应用，声学模拟结果表明，这些技术能够显著提升语音识别的准确性。在21世纪，随着深度学习算法的出现，语音识别过程发生了重大变化，各种模式被用于语音识别。随着语音识别技术的成熟，苹果和谷歌加入语音识别研究，并将其应用到他们的产品中。

在我的国家，语音识别研究是在70年代后期由中国研究机构进行的。在20世纪80年代计算机程序的快速发展之后，许多国家的许多机构都能够识别声音。与此同时，在识别声音方面有了重大突破，促使科学家研究声音。许多机构都在加紧语音辨识研究。1986年，国家就启动第863项项目，把海量语音识别列入国家高新技术项目。历经多年努力，我国的语音辨识技术实现了长足发展，由原来只能辨识单语言文字，小词汇差异，发展为持续的语音辨识非特定字母。国内外一些公司与科研机构掌握了核心科技，近些年来，伴随着国国际位置不断上升，中国语音识别研究备受关注，很多知名国外大型公司都在国内设立起自己专门R&D机构，将中国语音当作识别目标，并且推出自身产品进行销售。

尽管我国的语音识别在目前已经取得过一定地成功，但是语音识别的运用还处于调研之中，并非是大范围运用的。当语音识别技术快速推广之后，成千上万个家庭都会运用其中。

1.4 论文的主要工作和结构安排

这项研究的内容是基于基于语音识别的浴室控制系统的设计。该系统由两个控制节点组成，使用STM32作为主处理器，控制控制阶段，执行执行不同功能的不同模块。本系统包括用户语音控制模块、语音识别模块、温湿度识别模块、人身探测模块、红外线探测模块、显示模块等。硬件部分要求单盘STM32F103c8t6，主要由STM32微控制器控制，通过语音识别模块接收和分析语音指令，以实现光、浴室等功能。通过在智能住宅中使用语音识别技术，可以为浴室设备提供语音控制和控制，为用户提供更安全、更舒适、更舒适的环境。软件平台程序用keil 5。画原理图用AD;编程语言用C语言。

该设计方案的预期效果是以下几点。

（1）语音识别模块的语音识别模块的获得和解释语音命令的实现。

（2）用语言控制灯、洗澡和其他事项。

（3）通过语音技术来控制和管理浴室设备。

该文的框架安排为以下几点。

第一章：引言。精细描述了专题调研情境和含义，然后具体阐述了国内外知识产权和语音识别的发展史与研究史，并呈现出本条基础性工作方法与架构机制。

第二章：深入探讨系统方案的设计，包括其结构、功能、应用等内容。

第三章：重点关注系统的硬件结构。这一部分包括语音识别模块、STM32微控制器、温控器、报警器、电池、屏幕和接口。

第四章：讨论了如何开发一个高效的软件系统。我们首先提供了一个完整的软件设计流程图，并详细描述了如何实现这个系统。接下来，我们将根据每个模块的特点，详细讲解如何让它们独立运行。

第五章：重点放在系统测试上，以检验系统的实际运行状态，涵盖了操作、硬件和软件的详细描述。重点将放在解决调试过程中遇到的问题上。

在本文中，我们将总结并展望我们的工作，并得出我们的设计结论。我们将按照论文的要求完成这项任务。最后，我们将提出下一步的改进建议。

第2章 系统方案设计

2.1 系统总体方案的设计

这款全自动洗浴的核心部分包括：控制单元、语音识别模块、人脸识别模组以及温度监控模组。当您想要控制洗浴时，可以使用控制单元接收您的声音，然后经过辨识，最终控制单元控制洗澡机的开关，从而实现对洗澡机的控制。采用先进的技术，我们可以使用先进的主控芯片和精确的温度传感器，对水位的变化进行及时监测，并及时向用户提供预防性的报警。该系统的结构可以参考图2-1。

图2-1 系统总体方案的设计框图

2.2 器件的选取和设计

2.2.1 主控芯片

随着工程项目的需求变得越来越复杂， 要求也越来越全面， 传统的8位、16位等位数单片机已经不能满足工程师的需求，因此，32位微控制器应运而生，为解决复杂工程问题提供了新的方法。然而，32位单片机初期的使用存在一定的缺陷，比如成本高、耗能大，因此，为了解决这一问题，新一代的STM32系列芯片应运而生，它具有卓越的性能，同时价格也相对较低，为工程师提供了更多的选择[22]。近年来，这种方法已经成为许多工程师的首选。

STM32F103RCT是一款32位的单片机，它的核心是ARMCortex-M3，拥有72MHz的最大运算速度，1.25DMips/MHz的数据处理器，256KB的Flash内存，20KB的SRAM存储器，还有4个可变静态内存控制器，可以储存Flash、SRAM、PSRAM、NOR或者NAND等各种储存装置，此外，它还具备LCD的并行接口，可以满足各种应用场景的需求[9]。支持Intel8080和Motorola6800的模式。

2.2.2 语音控制模块

LD3320是一款高性能的语音识别芯片，它将处理器、控制器以及其他外部电路结合在一起，可以实现语音/语音控制/人机识别功能[4]。此外，LD3320还拥有一个高效的搜索模块，可以识别出任何非专业的语音信号。这款语音识别系统拥有出色的准确性和实用性，无需用户进行录音。它的硬件结构由主机和语音识别部分组成，当声音进入识别区域时，它会将数据同步传输给主控制器，并发出可以用来扩展其他设备的指令。语音识别分为两个学习阶段和识别阶段。准备和鉴定必须从输入声音及其特征中提取。在训练阶段，我们首先会引入多种语音流，并对其进行预处理，从而提取出有价值的特征，并将其转换为向量，以便构建一个参考库，以便进一步构建培训语音。而在识别阶段，我们的重点任务则是将输入的语音特征向量参数与参考库中的模型进行比较，以确定最佳的相似度[11]。

2.2.3 温度检测模块

DS18B20，它可以是一个小数字，数字介质周围的温度是连续输出的一码[9]。从而大大简化的传感器和微处理器接口DS18B20提供9 - 12为允许12根据会相应地混帐温度0.5°C、0.25°C,中心线22.2°C, 0.0625°C、速度和增加温度允许的。不确定性和DS18B20温暖范围- 55°C—125°C满足大部分主要项目。

2.2.4 继电器模块的选择

采用具有光耦隔离的5V继电器模块，可以在噪音较大的环境或两个外部电源系统中，有效地抑制信号的传输，同时，它还具备两种不同的发动机模式，可以轻松切换，操作简便。贴片的光合作用使继电器单元强大而稳定[12]。

2.2.5 显示器方案选择

在系统设计中，液晶显示器是一种常见的设备，它们可以通过LCD或OLED等技术来实现各种不同的功能。为了确保设计的准确性，我们需要充分了解它们的工作原理，并根据需要选择合适的显示元件。本文将深入探讨LCD液晶显示器与OLED显示器的优劣势，并给出最佳选择。

采用12864液晶显示器，具备128*64个的显示容量，且具备3.3—5V的稳定性，使得它们可以和单片机的引脚进行无缝的联系，而且具备0—55℃的宽温，从而完全符合我们的实际应用要求，而且还提供了两种不同的运算模式：串行和并行。12864液晶显示屏拥有小巧的外形，出色的视觉表现，易于使用的编码功能，极低的成本，还能够展现出丰富的文本内容。

OLED的出现标志着一种新的技术的出现，它与传统的LCD12864相比，具备了更加先进的性能，它的结构简单，重量轻，并且具备良好的散热性，从而实现了更加高效的视觉效果，并且还具备了较低的功耗[22]。与传统的OLED相比，OLED的发光原理主要依靠电场，即将有机物与无机物结合，从而产生荧光，从而实现对物品的清晰度。OLED显示屏具备许多独特的特性，例如它能够被折叠，因此目前许多电视、电脑等设备均采用OLED显示屏。

经过深入分析，我们决定采用OLED显示屏来满足我们对显示效果的要求。这种显示方式既节省了能源，又具有良好的可靠性。