基于STM32F407ZGT6的智能镜子设计

科技创新与应用Ｉ　２０１７年第１３期　科技创新　：ｌ：　基于ＳＴＭ３２Ｆ４０７ＺＧＴ６的智能镜子设计　肖培　胡天立　曹源　祝蓓　李璇　（吉林农业大学，吉林长春１３００００）　摘要：以ｓＴＭ３２Ｆ４０７ｚＧＴ６为主控制器，利用原子镜的半透效果，设计了一种可实现查看天气、穿衣建议、语音识别、语音播报、　音乐播放、闹钟提醒、火灾报警、室内温湿度检测以及自动调光等功能的智能镜子。镜子移植了ＵＣＯＳ—ＩＩ嵌入式操作系统，同时　设置了看门狗，能够保证系统的正常运行；镜子的显示部分则是由一块６０ｃｍ￣４５ｃｍ的原子镜和两块７寸ＬＣＤ显示屏组成。　关键词：智能镜子；ＳＴＭ３２Ｆ４０７ＺＧＴ６；ＵＣＯＳ—ＩＩ；语音识别；语音合成　当今社会时代发展迅速，而快节奏的生活让大多数人都无法享　受属于自己的信息世界。为此设计了一种可以在洗漱过程中获取当　天信息的智能镜子，通过镜子我们可以查看当天的天气情况以及对　应的穿衣建议，除此之外，该镜子还具有语音识别、语音播报、音乐　播放、闹钟提醒、自动调光等功能。同时利用镜子获取信息也为人们　提供了一种全新而又便捷获取信息的方法。　１系统结构及相关功能　除了以上几个主要模块之外，整个系统还由以下几个模块协同　工作，从而实现相关功能：　（１）ＡＴＫ—ＥＳＰ８２６６ＷＩＦＩ模块：该模块是一款高性能的ＵＡＲＴ—　ＷｉＦｉ（串口一无线）模块，模块支持ＳＴＡ／ＡＰ／ＳＴＡ＋ＡＰ三种工作模式。　（２）ＡＴＫ一７　ＬＣＤ显示屏：该模块屏幕分辨率为８００＊４８０，１６位　真彩显示，模块自带ＬＣＤ控制器，拥有多达８ＭＢ的显存，能提供８　页的显存，并支持任意点颜色读取。　（３）ＨＣ—ＳＲ５０１人体红外感应模块：具有不可重复和可重复两种　触发方式。　（４）ＭＱ一２烟雾气体传感器模块：通过采集其输出模拟信号可以　检测是否发生火灾。　＼　ｔ　／　（５）光敏电阻传感器模块：采用灵敏型光敏电阻传感器，具有　温湿度模块　－－ｔｔ，　ＳＴＭ３２Ｆ４Ｏ　—■　语音识别模块　ＤＯ数字开关量输出（０和１）和ＡＯ模拟电压输出两种输出模式。　（６）ＤＨＴ一１１温湿度模块：该模块采用单总线通信模式，温度检　测范围为０℃一５０℃，湿度检测范围为２０％一９５％（０℃一５０％环境下）。　７ＺＧＴ６　（７）电容按键模块：该模块是一个基于触摸检测ＩＣ（ＴｒＰ２２３Ｂ）　光照强窿模块　主盥萌器　呻　－●　语音合成模块　的电容式点动型触摸开关模块。　（８）ＬＥＤ灯组：利用ＰＷＭ来调节ＬＥＤ灯的明暗情况。　／　ｔ　＼　３系统软件设计　３．１　ＵＣＯＳ—ＩＩ操作系统移植　烟雾传感器　ＷＩＦＩ模块　电容按键模块　ＵＣＯＳ—ＩＩ是一个可以基于ＲＯＭ运行的、可裁减的、抢占式、实　时多任务内核，它的性能能和很多商业操作系统相媲美，它具有高　图１系统整体框图　度可移植性，特别适合于微处理器和控制器，为了提供最好的移植　图１为系统的总体框图，系统的主控制器为ＳＴＭ３２Ｆ４０７ＺＧＴ６，　性能，ＵＣＯＳＩＩ最大程度上使用ＡＮＳＩ　Ｃ语言进行开发，并且已经移　系统的显示部分由两块７寸ＬＣＤ显示屏组成。利用人体红外感应　植到近４Ｏ多种处理器体系上，涵盖了从８位到６４位各种ＣＰＵ（包　模块可以判断镜子前是否有人，从而控制显示器的亮灭；利用温湿　括ＤＳＰ）。　度模块可以获取室内温湿度；把光照强度传感器采集到的数据通过　从图２可以看出，ＵＣＯＳＩＩ的移植，我们只需要修改：ＯＳｃｐｕ．ｈ、　转换公式可以用来控制ＬＥＤ灯组的亮暗；而烟雾传感器用于实现　ｏｓｃｐｕ—ａ．ａｓｍ和ｏｓ＿ｃｐｕ．ｃ等三个文件即可，其中：ＯＳ—ｃｐｕ．ｈ，进行数　火灾报警的功能。系统的人机交互部分除了ＬＣＤ显示屏外，还有用　据类型的定义，以及处理器相关代码和几个函数原型；ｏｓ　ａ．ｃｐｕ　来实现对系统进行相关操作的电容按键模块，用来进行语音识别和　ａｓｍ，是移植过程中需要汇编完成的一些函数，主要就是任务切换函　语音播报的语音识别模块和语音合成模块。最后的ＷＩＦＩ模块则是　数；ｏｓ＿ｃｐｕ．Ｃ，定义一些用户ＨＯＯＫ函数。　用连接服务器进行信息交换。　２系统硬件设计　用户应用程序　２．１　ＳＴＭ３２Ｆ４０７ＺＧＴ６控制器介绍　８　ＳＴＭ３２Ｆ４０７ＺＧＴ６采用Ｃｏｒｔｅｘ＿Ｍ４内核，具有１９２ＫＢ　ＳＲＡＭ、　ＵＣＯＳｌｌ与处理器无关的代码　１０２４ＫＢ　ＦＬＡＳＨ、３个１２位ＡＤＣ、２个ｌ２位ＤＡＣ、１个ＲＴＣ（带日历　ＵｃｏＳ　Ｉ《．ｎ　ｔ鎏ＣＯＳ　ｌ＃．Ｃ　ＵＣＯＳＩＩ－￣应用程序帼　功能）、以及１１２个通用ＩＯ口等。通过查阅资料，该控制器能够很好　０Ｓ　ｔｍｒ．ｃ　ｏｓ　ｔｉｍｅ．ｃ　关的代码　的完成系统的各项功能。　ｏｓ　ｔａｓｋ．ｃ　ｏｓ　ｓｅｍ．Ｃ　ｏＳ　ｃ　ｏｓ　ｍｕｔｅｘ，ｃ　ｏｓ　ｃｆｇ．ｈ　２．２　ＡＳＲ　Ｍ０８一Ａ语音识别模块　ＡＳＲ　Ｍ０８一Ａ支持５－６８Ｖ的外置电压供电，模块通过串口与主　ｏｓ　ｍｅｍ，ｃ　ｏｓ　ｍｂｏｘ￣ｃ　ｌｎｃｌｕｄｅｓｏｓ　ｆｌａｇｈ　控制器相连，同时模块自带功放电路输入，可直接连接８欧姆０．５　Ｃ　ｏｓ　ｃｏｒｅ。Ｃ　瓦（８ｎ　０．５Ｗ）的扬声器。　ＵＣＯＳ！嚆．魁赠嘲相关的代码ｆ移棱时需受惨ｌ泼）　该模块具有两种检测模式，即普通检测模式和口令检测模式。　ＯＳ￣ｐｕ　ｈ　ｏｓｃｐｕ＿ａ。ａｓｍ　ｏｓ＿ｃｐｕ＿ｃ．ｃ　口令检测模式需要先验证对应口令，才能进行语音识别，因此每响　应一个动作需要讲两个关键词，这两个模式的切换主要是通过一句　指令来完成，所以我们通过软件可以实现只需要第一次验证口令，　之后就进入普通检测模式。　２＿３　ＳＹＮ６６５８语音合成模块　图２　ＵＣＯＳ—ＩＩ体系结构图　ＳＹＮ６６５８中文语音合成芯片是北京宇音天下科技有限公司于　３．２相关初始化函数　、　２０１２年最新推出的一款性／价比更高，效果更自然的一款高端语音　主控制器与各个模块进行通信，需要对各个ＩＯ口进行配置，通　合成芯片。ＳＹＮ６６５８通过ＵＡＲＴ接口或ＳＰＩ接口通讯方式，接收待　过调用对应初始化函数可以对通信１０口进行配置。以下是主函数　合成的文本数据，实现文本到语音（或１ＴＩＳ语音）的转换。　相关设置：　ＮＶＩＣＰｒ２．４其他模块介绍　ｉｏｒｉｔｙＧｒｏｕｐＣｏｎｆｉｇ（ＮＶＩＣ＿ＰｒｉｏｒｉｔｙＧｒｏｕｐ＿２）；，／设置中断优　ｌ　随宁　徽　ＬＣＥ）ｊ　分　ＬＥＤｊ明　＿．．．＿＿ＣＰＵ　ｌ｛　—基金项目：吉林农业大学国家（省）级大学生创新创￣ｉＪＩＩ练计划项目（２０１５１０１９３０４４）　一７２一　科技创新　先级　２０１７年第１　３期『科技创新与应用　在主任务中创建了ｔｍｒＩ（１秒触发一次）、ｔｍｒ２（一秒触发一　次）、ｔｍｒ３（一小时触发一次）＝　个定时器，分别用来　示时问、采集　传感器数据、获取天气信息。　４实物功能及测试结果　４．１实物功能介绍　ｉｎｉｔ（１６８）；／／初始化延时函数　ｉｎｉｔ（９６００）；　／／初始化串口１波特牢为９６００　ｕｓａｒｔ３ｉｎｉｔ（９６００）；／／＿｝』Ｊ始化串Ｌｌ　３波特率为９６００　ＬＥＤＩｎｉｔ０；／／１　ＥＤ灯组初始化　ＬＣＤＩｎｉｔ０；／／Ｉ　ＣＩ）　爪器初始化　Ａｄｃｌｎｉｔ０；／／ＡＤＣ初始化　ＫＥＹｌｎｉｔ０；／／，乜容按键仞始化　ＭｙＲＴＣｈｌｉｌ（】；／／卡Ｕ始化ＲＴＣ　ｄｅｌａｙｕａｒｔＴＩＭ３１ｎｔｈａｉｌ（１００一Ｉ，８４００～１）ｄ／１０Ｋｈｚ汁数频率，计‘数１００次为　—１０ｍｓ　ＲＴＣＳｅｔＷａｋｅＵｐ（ＲＴＣ一　ａｋｅＵｐＣｌｏｃｋ—ＣＫ—Ｓ１　ＲＥ一１６１）ｉｔｓ，（））：／／眄　—置中断ｌｎｌ一次　ｎｌｙ—ｎｌｅｎｌ—ｉｎｉｉ（ＳＲＡＭＩＮ）：　／／初始化内部Ｉ＾Ｊ仔池　ｍｖｉｎｅｎｌｊｎｉｔ　ＲＡＭｃＣＭ）：　，／初始化ＣＣＭ内存池　—图３一共有ｉ张网片，第一张罔片是无人在镜子面前的扪摄　阿，第二张是有人在镜子面前，同时光线较暗，系统自动调　Ｉ，ＥＤ　灯组亮度的拍摄图，最后一张是界面效果图。从最后一张冈片ｎ　以　看出该作品具有时间　爪、室内室外温湿度　示、天气状况以及穿　衣指数显示，界面右上角的同标分别表示备忘、闹钟、联网状态；除　了ＬＣＤ　示的功能外，系统还具有Ｆ１动调光功能，它会根据室内光　线强弱调节ＬＥＤ灯组亮度；语音识别功能，能够识别一些简单的语　音口令，例如现存时间、现存天气情况、播放音乐、打开菜单、设置闹　钟、关闭自动调光等５０条相火语音指令；语音播报功能，例盘ｌ】准点　报时，播报天气情况等；人体红外感应功能，当镜子检测到镜子而ｌｊｉ『　段时间内无人时，会关闭ＬＣＤ融示屏，该时间可以设置；音乐播　一ｅｘｔ＇ｕｎｓｉｎｉｌ（）；　／／为ｆａｔｆｓ相关变　Ｌ｝ｌ请内仔　放功能，可以播放用户存储在ＳＤ卡Ｉ｝Ｊ的音乐，播放音乐时，小具备　ｆ　ｍｏｕｎｔ（ｆｓ［０Ｉ．１１０：”，１）；／／摊载ｓＤ　语音识别功能，此时只能通过电容按键进行操作。　ｆ　ｍｏｕｎｔ（ｆｓ…，”１：”，　／付　载ＦＬＡＳＨ　４－２实物测试结果　ｗｈｉｌｅ（ｌｆｎｉｔ—ｉｎｉｔ０）｛１　在测试中，我们利用笔记本电脑搭建服务器，开启对应热点，系　Ｈｅ，ｏｓｌｏａｄｎｌａｉｎ～—ｕｉＯ；　ＩＩＤＩＪ载主界面　统通过热点连接该测试服务器，通过服务器上的Ｐｙｔｈｏｎ脚本可以获　ＯＳｌｎｉｔ０；　／／初始化ＵＣＯＳＩ１　取到对应的天气信息；经过各项测试，该作品也能够完美的实现Ｌ　０ＳＴａｓｋＣｒＰａＩｅ（ｓＩａ　ｒＩ—ｔａｓｋ，（ｗｉｌｄ　）０，（ＯＳ—ＳＴＫ　）＆Ｓ．ｒＡＲＴ＿ＴＡＳＫ～ＳＴ　述各项功能。同时为了保证系统的稳定性，我们在室内温度为２０摄　Ｋ［ＳＴＡＲ一一ＳＴＫ—ＳＩＺＥ—ｌ】，　ＡＲ　～ＴＡＳＫ—ＰＲＩＯ）；／／，ｇ，Ｊ建起始ｆｔ务　氏度左右的环境下进行ｒ　２４ｈ的“拷机”测试，测试结果表明，祭套　ＯＳＳｔａｒｌ０：　／／系统丌始运行　系统能够长时间的稳定运行。　在起始任务【ｆｌ，我ｆ『ｌｔＺ，］址ｌｒ以下几个任务：　５结束语　ＯＳＣＰＵＳＲ　Ｃｐｌ／ｓ　０；　通过查阅各项资料，此作品还足具有很大的应用以及开发前　ＯＳＳｔａｔｌｎｉｔ０；　／／初始化统计任务，会延时１Ｉｌｌ左　景，因此町以进行下一步的改进。肖　是系统的主控制器＿【１『以进行　ＯＳＥＮＴＥＲＣＲＩｑ’ＩＣＡＬ０；／／进入临界区（无法被『ＩＩ断打断）　升级，我们可以选用更高级的基于ＡＲＭ的微型电脑主板，搭载Ｉ　ｉｎ—　ＯＳＴａｓｋＣｒｅａｔｅ（ｍａｉｎ—ｔａｓｋ，（ｖｏｉｄ　）０，（ＯＳ＿Ｓ　ＦＫ　）＆ＭＡＩＮ－１　ＡＳＫ—ＳＴ　ＩＩＸ系统；接下来镜子的显示器町以政为大屏液品　示器，同时配以　Ｋ［ＭＡＩＮ—ＳＴＫ—ＳＩＺＥ—ｌｌ，ＭＡＩＮ＿ｑ、ＡＳＫ—ＰＲＩＯ）；ＩｌＯ，ｌ建主ｆ｝务　红外触屏；最后则是语音识别以及讲　播报功能可以调川汛飞或者　ＯＳＴａｓｋＣｒｅａｔｅ（ｗｉｆｉ—ｔａｓｋ，（ｖｏｉｄ＊）Ｏ，（ＯＳ—ＳＴＫ　）＆ＷＩＦＩ—ＴＡＳＫ—Ｓ　ＦＫ　酉度的语音识别以及语齐合成接¨，从ｌｆｒｌ…ｕｕ够让智能镜子更智能．　．［ＷＩＦＩ＿ＴＡＳＫ—ＳＩＺＥ—Ｊ　１，ＷＩＦＩ＿＇Ｉ　ＡＳＫ—ＰＲＩＯ）；／／创建ＷＩＦ’ＩｆＥ务　参考文献　…曾振民，陈年生，马强，等．基于ＥＳＰ８２６６的无线控制电路设计…．　（）ＳＴａｓｋＣｉ‘ｅａｌｅ（１ｉｇｈｔ一１ａｓｋ，（ｖｏｉｄ　ＪＯ，（ＯＳ—Ｓ　ｌ１Ｋ　）＆Ｌｌ（　Ｈ　】ｌ＿ｒＡＳＫ—Ｓ　Ｉ’　工业控制计算机，２０１７（１）：６８—６９．　Ｋ［ＬＩＧＨＴ—ＴＡＳＫ—ＳＩＺＥ—Ｉ１，Ｉ　Ｉ（；卜】ｒＦ＿ＴＡＳＫ—ＰＲＩＯ）；ＩＩｇ＇３建灯光测　仃务　『２Ｊ莫琦，赵俊峰，黄耿洪．基于嵌入式的多功能家庭管理助手…．数字　ＯＳＴａｓｋＣｒｅａｔｅ（ｉｗｄｏｇ＿ｔａｓｋ．（ｖｏｉｄ　）Ｏ，（ＯＳ—ＳＴＫ　）＆ＩＷＩ）ＯＧ＿ＴＡＳＫ—　技术与应用．２０１５（１２）：６６＋６８．　ＳＴＫ［ＩＷＤＯＧ—Ｓ　ＦＫ—ＳＩＺＥ一１　１，ＩＷ１）ＯＧ＿ＴＡＳＫ—ＰＲＩＯ）；／／ｇ１建霸ｒｊ狗任多｝　【３ｌ邓中祚　智能家居控制系统设计与实现ｆＤ］．哈尔滨：哈尔滨工业大　ＯＳｑ　ａｓｋＣｒｅａｔｅ（　ｒｅｅｎ—ｔａｓｋ，（ｖｏｉｄ　）０，（０Ｓ—ＳＴＫ　）＆ＳＣＲＥＥＮ＿ＴＡＳ　学，２０１５．　ＫＳＴＫ［ＳＣＲＥＥＮ—ＳＴＫ—ＳＩＺＥ—ｌｌ，ＳＣＲＥＥＮ—ＴＡＳＫ—ＰＲＩＯ）；／／ｇＩ建屏幕亮　Ｉ４］Ｙ－怡，鄂旭．基于物联网无线传感的智能家居研究…．计算机技术　火任务　与发展，２０１５（２）：２３４—２３７．　ＯＳＥＸＩＴＣＲＩ　ＦＩＣＡＩ　：　／／退　临界区（可以被中断打断）　１５】肖宛昂，苏高民，陆廷，等．一种由ＷｉＦｉ智能插座构成的智能家居　『Ｊ１＿单片机与嵌入式系统应用，２０ｌ４（５）：４６—４８．　ｆ６１杨威，高文华．基于Ａｎｄｒｏｉｄ的智能家居终端设计与研究…．计算机　技术与发展，２０１３（０７）：２４５—２４８．　ｆ７１申斌，张桂青，汪明，等．基于物联网的智能家居设计与实现…．自　动化与仪表，２０１３（２）：６—１０．　【８】杨堤．基于物联网的智能家居控制系统设计与实现ｌＪＩ．电子世界，　２Ｏｌ２（２１）：１６—１７．　【９】郭稳涛，何怡刚．智能家居远程监控系统的研究与设计…．计算机　测量与控制，２０１１（９）：２１０９—２１１２．　ｆ１０】童晓渝，房秉毅，张云秀．物联网智能家居发展分析ｌ　Ｊ】．移动通信，　２Ｏｌ０（９）：ｌ６—２０．　作者简介：肖培（１９９６一），男，汉族，湖南邵阳，在读本科生，研究　方向：嵌入式开发、　图３作品实物图　一７３—