摘 要：目前物联网模块十分流行，但是对于价格敏感型用户来说，成熟的物联网产品由于功能单一以及价格昂贵使得无法在大众身边流行，本套模块由多个成熟的嵌入式产品组成具有高度的可定制型，仅需用户说话即可完成设计动作，在价格方面也十分受众并且可满足大部分的基本需求。
关键词：物联网；嵌入式；红外射频；
1 引言
本论文描述了一个基于离线语音模块通过监听用户说话关键词来触发对应设计动作来完成发射uart串口通信协议使得对端设备可以通过该协议的二进制数据流转换成对应的光信号，通过红外收发模块发射给对端设备实现模拟遥控器发射信号的一种思路，以及基于输出高低电平实现控制继电器开关闭合的方式控制电器的开断，这将对用户的便携性方面带来一定的提升。
2 需求分析
2.1物联网产品背景和不足
目前市面上的物联网产品主要有语音助手来实现，但是由于物联网产品需要依靠联网来实现控制，对于部分对网络方面较弱化的产品来说无法实现基于网络层面的控制，并且由于用户无法保证物联网语音产品在隐私安全方面的问题会弱化物联网产品的使用。在价格方面由于大部分的物联网产品都是基于自家套件开发的，无法与第三方产品兼容运行，用户只能被迫选择与语音助手相匹配的物联网产品，这并不符合网络开放的理念是对大众权利的一种约束。
2.2 离线语音模块的整体系统概述
本项目是由机芯智能公司开发的离线语音模块SU-03T，以及基于uart协议的红外收发模块，与4位继电器模块组成。其设计思路是通过用户说话的关键词来匹配对应触发的规定动作来完成用户要达到的目的，基于su-03t自带的uart的io针脚将数据传输至红外收发模块经过红外收发模块的解码后将电信号转换为光信号来完成的红外发射任务，以及基于io针脚的电平输出到继电器模块通过高低电平的方式控制继电器开断闭合的方式来完成的电路开关闭合控制。
3 项目设计
3.1离线语音模块的总体架构设计
1、用户说话的关键词触发su-03t输出设计指令给对端设备来完成设计动作。
2、将红外收发模块的rx针脚接入到su-03t的已设计成uart的tx针脚来完成数据的接收，由于红外收发模块在该项目中仅需接收，无需返回数据到su-03t，于是不用接入su-03t的rx针脚。至此红外收发模块将占用su-03t的一个io针脚，该io针脚被定义成了tx发射uart协议的模式。
3、对于继电器模块来说。仅需将su-03t的对应针脚定义成高低电平再将语音控制的指令转换成对应的高低电平即可完成继电器的开关闭合。每一个指令对应一个继电器的输入口，但对于仅需要控制开关的设备来说，开与关可以对应成继电器的断开模式与闭合模式。
4、当然本模块也可以模拟433mhz的射频模式，由于射频与红外都是基于uart协议的，并且由于射频与红外的头部指令不同所以在su-03t的rx针脚下可接入多个基于uart协议的模块，头部指令适配的模块才会执行相应动作，每个基于uart协议的模块之间互不干扰。
3.1.1 模块总体层次结构设计
1、离线语音模块
通过已知的接口设计来完成连接对端设备的操作。
参数：
模块型号:su-03t
封装:SMD18/DIP18
尺寸:21*15*3(±O.2)mm
支持接口:UART/GPIO/ PWM /ADC/SPI/12S/12C
IO口:通用IOPA25,26,27,PB2,3,6,7共7个
功耗:平均工作电流: 60mA
供电范围:供电电压 一般5V供电，供电电流>200mA
工作温度:-20 ℃~85℃
支持喇叭:VCC=5V，4Q负载下，提供2.9W。
输出功率﹔vCC=5v，8Q负载下，提供1.8W的输出功率。
通过以上参数可得知 其允许至多使用7个io接口，已知红外模块仅需使用至多2个接口，4位继电器，每位仅需使用1个接口，遂该模块至多仅需使用6个io接口即可完成该项目，符合设计预期。
2、红外模块
红外模块原理：
使用的载波频率是38KHz。工作原理是用户给红外收发模块的串口发送命令，让模块进入收发模式，再使模块红外接收头学习红外遥控器按钮的数据编码，之后把数据编码存储到芯片内部Flash中或按照协议通过串口发送出去﹔当用户让模块调取存储的红外编码或用串口直接给模块发送数据编码，然后模块会把编码数据调制在38KHz红外光信号的载波中，通过红外发射头发送出去，进而达到控制家电的目的，目前测试的有效距离3～5米左右。目前支持学习转发的家电有电视机、机顶盒、风扇、空调等市面上 99%红外遥控器的按钮编码。
对于红外模块来说只要是基于uart协议，具有收发功能即可。但需要用户前期将遥控器对应的红外光信号通过红外接收模块的学习功能转换为对应的字节流并记录下来，在su-03t中加上头部的识别字节发送给红外接收模块完成遥控器的发射模拟功能。
3、继电器模块
继电器参数：
1、常开接口限大负载: 30V/10A
2、采用光耦隔离，驱动能力强，性能稳定，触发电流5ma
3、模块工作电压有5V、12V可供选择
4、模块可以通过跳线设置低电平或高电平触发
5、容错能力强，即使控制线断掉，继电器也不会动作
6、继电器状态指示灯(红色)，电源指示灯(绿色)
7、接口设计人性化，接口可通过接线端子直接将连线引出非常方便
8、设有4个固定螺栓孔，孔3.1 MM.间距44.5MM*20.5MM
继电器模块仅需使用高低电平控制开断闭合即可，不做更多要求。但需要用户关注该模块在常开的默认状态下ttl是应设置成高电平还是低电平，以免由于su-03t的默认设置导致继电器模块错误闭合造成影响。
3.1.2模块细分层次结构设计
通过线路连接各个设备即可完成分层设计，或制作电路pcb板来完成设计。
3.1.3 系统逻辑架构设计
首先是离线语音模块 su-03t可以通过用户的关键词触发设计动作来实现对应的操作，在定制相关参数方面su-03t提供了sdk平台定制相关参数，以下是我已设计好的参数可供参考。
1、红外接收模块的参数
通过pin21号被设计成tx的uart协议针脚将十六进制数据发送给红外模块实现信号的输出。
例如这里，当我说出“神说要有光”时，su-03t提取到了关键词，触发将“A1 F1 80 7F 01”的16进制数据通过uart1_tx对应的21号pin脚发送给对端红外收发设备来实现电信号转换为光信号的动作。红外接收模块收到“A1 F1 80 7F 01”时，会判断该指令是否需要执行，“A1”为触发指令表示可以执行，“F1”为发射指令，“80 7F 01”为需要转换为共信号的数据。
2、红外接收模块提取遥控器数据以及接收到数据后的执行
1、红外收发模块编码由1个16位用户编码（分为高低8位)、1个命令编码和1个命令编码的反码组成。即“用户编码1+用户编码2+命令编码+命令码反编码”
2、解码:解码时不需要发送任何指令，只需要拿起遥控对准红外收发模块的接收头按下，这时红外收发模块的串口就输出该红外编码。串调试助手查看到解码的结果，结果输出为“用户编码1+用户编码2+命令编码”三位。在做编码发送时也只需要发送这三位即可。
3、编码(发射):编码时需要根据一定格式发送对应指令，通过电脑或者单片机串口发送由5个字节组成的16进制指令，就可以将对应编码的红外光信号还原出去。
地址--A1代表默认地址。FA代表通用地址。
操作位--该位的数据用于作为当前的工作状态。
数据位--该数据位作为对应不同状态的数据内容
例如
发射红外光信号编码为80 7F 01，数据位3的信号:A1 F1 80 7F 01
需要注意的是，由于遥控器仅会发送用户数据，所以需要在su-03t发送数据给红外模块之前，在数据前加上A1与F1来告诉红外模块将要将80 7F 01发送出去，这里是需要特别注意的。
继电器模块的设计
一、输入部分
1、DC＋:需接电源正极（电压按继电器要求，有5V、12V和24V选择)
2、DC一:需接电源负极
3、IN1:1路信号触发端，可以设置为高或低电平控制继电器吸合
4、IN2:1路信号触发端，可以设置为高或低电平控制继电器吸合
二、继电器输出端
1、NO1:第1路继电器常开接口，继电器吸合前悬空，吸合后与COM1短接
2、COM1:第1路继电器公用接口
3、NC1:第1路继电器常闭接口，继电器吸合前与COM 1短接，吸合后悬空
4、NO2:第2路继电器常开接口，继电器吸合前悬空，吸合后与COM2短接
5、COM2:第2路继电器公用接口，
6、NC2:第2路继电器常闭接口，继电器吸合前与COM2短接，吸合后悬空
三、高低电平触发选择端
1、S1为第1路继电器高低电平触发选择
2、S2为第2路继电器高低电平触发选择
3、COM与LOW短接时，相对应继电器为低电平触发，COM与HIGH端短接时对应为高电平触发。
继电器模块没有特殊的设计，由于我买到的继电器属于高电平开路，低电平闭路，所以su-03t默认输出高电平来保证继电器模块初始化状态属于开路状态，在su-03t监听到用户关键词后，输出低电平，继电器完成闭合的操作为设备通电，完成设计动作。
继电器开路为高电平，继电器闭合为低电平。
Su03t开机默认输出高电平，防止继电器处于闭路状态。
5 总结
本产品是基于用户关键词触发规定设计的动作实现免手动控制设备的一种产品。
目前该产品仅支持普通话模式，但它具备可定制性可根据用户的需求自行定制相关功能在操作上面也十分便捷，具有：受众面广，操作难度小，低维护性等优点。
该模块在较低成本的情况下，高度定制的功能可满足部分用户的需求，使用本模块将减少红外遥控器的使用次数，增加了用户的感知度提升，使用户不再为找不到遥控器担心了，另一方面由于本产品不需要联网即可进行控制，增加了网络的安全性和隐私性，可杜绝由于第三方语音导致的信息安全泄露问题，提升了用户的隐私性，在继电器模块方面，通过继电器的开关闭合实现受控设备的电源，可增加受控设备的寿命，并减少了使用实体开关的次数。
在使用场景方面可考虑用于以下场景：
红外模块遥控吸顶灯等不会频繁开关但每天都会接触到的物品。
继电器模块方面可考虑对例如夜灯等不方便随时寻找开关的物品进行通电的操作。
当然该产品也可用于模拟遥控器的点按操作，但由于会对遥控器进行物理修改，不建议进行操作，以免失去保修。
6 参考文献
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