基于机智云物联网技术的寝室系统设计
时间：2023-03-11 13:00:00
本设计以物联网宿舍为对象。STM32单片机作为该系统的控制器，AS608指纹采集实现指纹识别功能，LD语音控制采用3320语音识别模块，esp8266WIFI模块实现和机智云传输物联网平台完成系统设计。
物联网是继计算机和互联网之后，世界信息产业的第三波。目前，物联网技术已广泛应用于我们日常生活的各个方面，这也使我们的生活更加智能化。智能校园是国内外物联网产业研究的热点，基于物联网的智能宿舍控制系统作为智能校园的重要组成部分，无疑具有良好的研发前景。
1 系统功能设计
1.1 智能门禁系统
该系统分为一级解锁和二级解锁两种模式。一级解锁由舵机控制门把手直接解锁。二是舵机控制门扣旋转三圈，然后用舵机解锁。同时，我们使用它ESP8266 WIFI模块实现与智能云物联网平台的传输，并将数据发送到APP，并在APP处理后返回处理器，以便在外面关闭。
1.2 语音控制系统
由继电器、JQ8400FL-10P语音广播模块和扬声器实现其功能，特别是通过大电流继电器，不同控制灯和风扇开关，这里也使用语音模块，使人们更方便使用卧室电器，我们仍然可以使用语音控制扬声器，使扬声器发布一些内存卡歌曲。
2 系统方案设计及设备选型
基于此设计STM32F103ZET6芯片和以下两个系统通过元件实现。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、二级解锁；ESP8266 WIFI传输模块和智能云。语音控制系统由继电器、JQ8400FL-10P语音模块和扬声器实现其功能。如图1所示，系统总框图。
2.1 单片机选型
STM32F103ZET6是基于ARM Cortex-M32位核心微控制器，512位K片内FLASH，64K片内RAM，其CPU工作电压范围为2.0-3.6V。
由于引脚多、价格低廉、处理速度强、应用广泛，能够满足本设计的功能要求，因此选择该芯片作为本设计的控制器。
2.2 选择指纹识别模块
指纹识别是通过记录指纹和保存样本来确定的。指纹识别可分为光学、超声波和电容三种形式。系统中使用的指纹模块是AS608是一种集成光学指纹芯片，可进行二次开发，人工改变指纹设置。
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字列表来判断的。语音识别的过程是先分析输入的声音频谱，然后提取语音特征，然后匹配关键字列表，最后找出匹配度最高的关键字并执行相应的功能。LD使用3320模块时不需要外部辅助A/D芯片、Flash芯片和RAM该芯片可以完成语音识别功能，其识别精度高达95%。
2.4 WIFI模块选型
ESP8266 WIFI该模块是一串口无线模块，可以在2ms内部唤醒并连接和传输数据。在本设计中ESP8266 WIFI该模块主要用于智能门禁系统。当门的状态通过该模块传输到手机时，我们可以在终端上关闭门。
2.5 语音广播模块选型
JQ8400FL-10P语音识别模块不仅支持多种模式控制，还支持歌曲的播放。因此，在本设计中，扬声器通过语音识别模块进行控制，以播放歌曲。
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作为本设计的核心部分STM32F103ZET6芯片实现相关功能。从系统框图可以看出，最小系统、晶振电路、复位电路、LD3320模块、JQ8400FL-10P模块、AS608模块组成。模块集成度高，用户使用方便。相应的功能可以通过提供相应的电压和控制信号引脚来完成。
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。
