1、作品介绍
首先，看一下作品的演示视频：
温馨提示：因为是进行人机对话演示，所以应打开音量观看哈。这是本人的毕业设计，一个智能的天气预报系统。显示屏上显示各种天气指标及实时显示时间日期等。可以使用触摸屏输入城市名称搜索天气，也可以使用语音搜索天气。
1.1 系统功能
作品包含的的功能有：
（1）实时天气显示，温湿度显示，日历显示；
（2）收音机功能；
（3）人机对话功能。
系统框图如下：
1.2 系统GUI界面
（1）主界面
你没有看错，就是99℃，就是星期八。但这不是系统出错，而是本人故意设置的初始值，每当开机收到天气数据之后就可以看出有明显的变化。
（2）菜单界面
（3）wifi设置界面
点击文本框会进入键盘界面，输入WiFi信息之后返回，再点击Add按钮即可发送WiFi名称与密码给控制器，控制器控制WiFi模块连接WiFi热点。
（4）收音机界面
通过点击下方频率点跳到相应频率，再通过左右按钮调节频率至所需频率。
2、作品实现
2.1 天气数据获取及解析
2.1.1 天气数据从哪来？
天气数据可以从一些专门做天气预报的网站获取，如心知天气、和风天气等。本人选择的是心知天气
网站首页如下：
我们是通过其API密钥才能获取得到其天气数据，而只有注册的用户才拥有API密钥，所以必须得注册，可以点击右上角进行注册。
2.1.2 天气数据是什么格式？
登录心知天气网站之后，点击菜单导航中的数据->常规数据即可查看API文档。在API文档页面的左侧可看到一些可查看的条目，如：
可点击天气实况查看其相关说明，可以看到其天气数据格式如下图所示：
这就是JSON格式的数据，不了解JSON的朋友可查看上一篇笔记：JSON的简单认识
2.1.3 如何解析得到有用的数据？
从上图中的JSON格式天气数据包中我们可以看出：我们需要用到的数据就是冒号后面的字符串数据，这些数据是我们需要获取并显示到屏幕上的数据。
那么，我们该怎么从这一堆JSON格式数据中解析出冒号后面的字符串呢？并且，这个系统是基于单片机的天气预报系统。而单片机使用C语言进行编程开发的，所以我们得使用C语言对这些JSON天气数据包进行解析。
其实，有一个专门解析JSON数据包的第三方C语言库。我们可以使用这个库进行解析，这个CJSON库的下载链接为：
只要把cJSON.c与cJSON.ｈ放到工程主程序所在目录，然后在主程序中包含头文件JSON.ｈ即可引入该库。如：
下面给出一个实例：
测试代码：
/*----------------------------------------------------------------------------------------
Program Explain：解析JSON天气数据包now.json（天气实况）
Create Date：2017.12.6 by lzn
----------------------------------------------------------------------------------------*/
//1、数据来源：心知天气（api.seniverse.com）
//2、获取方法：GET https://api.seniverse.com/v3/weather/now.json?key=2owqvhhd2dd9o9f9&location=beijing&language=zh-Hans&unit=c
//3、返回的数据范例见文件test.txt
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include "cJSON.h"
//函数声明
int cJSON_WeatherParse(char *JSON);
/*********************************************************************************
* Function Name ： main主函数
* Parameter ： NULL
* Return Value ： 0
* Function Explain ：
* Create Date ： 2017.12.6 by lzn
**********************************************************************************/
int main(int argc, char **argv)
{
FILE *fp;
char *data;
int len;
int i;
if((fp = fopen("now.txt","rb")) == NULL)
{
printf("Open error!\n");
return 1;
}
fseek(fp, 0, SEEK_END); //文件指针指向文件末尾
len = ftell(fp); //求文件长度
fseek(fp, 0, SEEK_SET); //文件指针指向文件开头
data = (char*)malloc(len+1);
fread(data, len, 1, fp);
fclose(fp);
//printf("read file %s complete, len=%d.\n","now.txt",len);
cJSON_WeatherParse(data); //解析天气数据
free(data);
system("pause");
return 0;
}
/*********************************************************************************
* Function Name ： cJSON_WeatherParse,解析天气数据
* Parameter ： JSON：天气数据包 results：保存解析后得到的有用的数据
* Return Value ： 0：成功 其他:错误
* Function Explain ：
* Create Date ： 2017.12.6 by lzn
**********************************************************************************/
int cJSON_WeatherParse(char *JSON)
{
cJSON *json,*arrayItem,*object,*subobject,*item;
json = cJSON_Parse(JSON); //解析JSON数据包
if(json == NULL) //检测JSON数据包是否存在语法上的错误，返回NULL表示数据包无效
{
printf("Error before: [%s]\n",cJSON_GetErrorPtr()); //打印数据包语法错误的位置
return 1;
}
else
{
if((arrayItem = cJSON_GetObjectItem(json,"results")) != NULL); //匹配字符串"results",获取数组内容
{
int size = cJSON_GetArraySize(arrayItem); //获取数组中对象个数
//printf("cJSON_GetArraySize: size=%d\n",size);
if((object = cJSON_GetArrayItem(arrayItem,0)) != NULL)//获取父对象内容
{
/* 匹配子对象1 */
if((subobject = cJSON_GetObjectItem(object,"location")) != NULL)
{
printf("\n-------------------------------location-----------------------------\n");
//匹配子对象1成员"id"
if((item = cJSON_GetObjectItem(subobject,"id")) != NULL)
{
printf("%s : %s\n",item->string,item->valuestring);
}
//匹配子对象1成员"name"
if((item = cJSON_GetObjectItem(subobject,"name")) != NULL)
{
printf("%s : %s\n",item->string,item->valuestring);
}
//匹配子对象1成员"country"
if((item = cJSON_GetObjectItem(subobject,"country")) != NULL)
{
printf("%s : %s\n",item->string,item->valuestring);
}
//匹配子对象1成员"timezone"
if((item = cJSON_GetObjectItem(subobject,"timezone")) != NULL)
{
printf("%s : %s\n",item->string,item->valuestring);
}
//匹配子对象1成员"timezone_offset"
if((item = cJSON_GetObjectItem(subobject,"timezone_offset")) != NULL)
{
printf("%s : %s\n",item->string,item->valuestring);
}
}
/* 匹配子对象2 */
if((subobject = cJSON_GetObjectItem(object,"now")) != NULL)
{
printf("---------------------------------now-------------------------------\n");
//匹配子对象2成员"text"
if((item = cJSON_GetObjectItem(subobject,"text")) != NULL)
{
printf("%s : %s\n",item->string,item->valuestring);
}
//匹配子对象2成员"code"
if((item = cJSON_GetObjectItem(subobject,"code")) != NULL)
{
printf("%s : %s\n",item->string,item->valuestring);
}
//匹配子对象2成员"temperature"
if((item = cJSON_GetObjectItem(subobject,"temperature")) != NULL)
{
printf("%s : %s\n",item->string,item->valuestring);
}
//匹配子对象2成员"feels_like"
if((item = cJSON_GetObjectItem(subobject,"feels_like")) != NULL)
{
printf("%s : %s\n",item->string,item->valuestring);
}
//匹配子对象2成员"pressure"
if((item = cJSON_GetObjectItem(subobject,"pressure")) != NULL)
{
printf("%s : %s\n",item->string,item->valuestring);
}
//匹配子对象2成员"humidity"
if((item = cJSON_GetObjectItem(subobject,"humidity")) != NULL)
{
printf("%s : %s\n",item->string,item->valuestring);
}
//匹配子对象2成员"visibility"
if((item = cJSON_GetObjectItem(subobject,"visibility")) != NULL)
{
printf("%s : %s\n",item->string,item->valuestring);
}
//匹配子对象2成员"wind_direction"
if((item = cJSON_GetObjectItem(subobject,"wind_direction")) != NULL)
{
printf("%s : %s\n",item->string,item->valuestring);
}
//匹配子对象2成员"wind_speed"
if((item = cJSON_GetObjectItem(subobject,"wind_speed")) != NULL)
{
printf("%s : %s\n",item->string,item->valuestring);
}
//匹配子对象2成员"wind_scale"
if((item = cJSON_GetObjectItem(subobject,"wind_scale")) != NULL)
{
printf("%s : %s\n",item->string,item->valuestring);
}
//匹配子对象2成员"clouds"
if((item = cJSON_GetObjectItem(subobject,"clouds")) != NULL)
{
printf("%s : %s\n",item->string,item->valuestring);
}
//匹配子对象2成员"dew_point"
if((item = cJSON_GetObjectItem(subobject,"dew_point")) != NULL)
{
printf("%s : %s\n",item->string,item->valuestring);
}
}
/* 匹配子对象3 */
if((subobject = cJSON_GetObjectItem(object,"last_update")) != NULL)
{
printf("----------------------------last_update----------------------------\n");
printf("%s : %s\n\n",subobject->string,subobject->valuestring);
}
}
}
}
cJSON_Delete(json); //释放cJSON_Parse()分配出来的内存空间
return 0;
}
这个测试程序会去读取我们工程目录下的 now.txt件，所以事先我们需要把JSON格式的天气预报数据复制到该文件中：
把 now.txt里面的数据读出并保存到data指向的动态内存中。然后再把data中的数据传入我们事先编写好的解析天气数据的函数int cJSON_WeatherParse(char *JSON)中进行解析，最后把解析之后的数据给到该函数的返回值即可。
解析函数里主要用到以下函数：
1、cJSON_Parse函数
cJSON*cJSON_Parse(const char *value);该函数用来解析JSON数据包，并按照cJSON结构体的结构序列化整个数据包。
2、cJSON_GetObjectItem函数
cJSON_GetObjectItem(cJSON *object,const char *string);该函数可从cJSON结构体中查找某个子节点名称（键名称），如果查找成功可把该子节点序列化到cJSON结构体中。
3、cJSON_GetArraySize函数
cJSON_GetArraySize(const cJSON *array);该函数可获取数组中元素个数。
4、cJSON_GetArrayItem函数
cJSON_GetArrayItem(const cJSON *array, int index);该函数可获取数组中的内容。
5、cJSON_Delete函数
cJSON_Delete(cJSON *c); 该函数用来释放cJSON_Parse函数内部申请的堆内存。
我们的解析函数主要运用多次cJSON_GetObjectItem来匹配各对象成员，然后取出各个键值对的值valuestring。
该程序的运行结果如下：
可见，解析完全正确！解析结果中冒号后面的数据就是我们可以选择使用的数据。这是解析当天的天气实况数据，解析未来几天的天气数据包或是其它天气数据包的方法都是类似的。
2.2 显示部分
2.2.1 几类常用的显示屏
液晶显示屏的接口较为常见的有 3 种类型：RGB 接口，MCU 总线接口，串口 HMI。
（1）RGB 接口
RGB 接口必须用在带有RGB驱动的ARM芯片上，一般的 ARM9 芯片有少许支持 RGB 的，ARM9 以上的芯片多数支持 RGB.但是此类接口的驱动是最复杂的，对硬件要求也是最高的。
（2）MCU 总线接口
MCU 总线接口驱动比 RGB 简单一些，对硬件也基本没有任何要求，简单的 MCU 就可以驱动。但是界面的显示驱动工作量很大。
总线型接口的屏只提供点阵的操作。图片，字符等任何显示内容都是通过取模数据，在屏幕上相应的位置把点阵一个一个的打出来。在此基础上再来实现人机界面的逻辑。工作量很大。
（3）串口 HMI
串口HMI是一种新的显示方案。首先它跟MCU总线屏一样对硬件没有任何要求，其次。它没有速度瓶颈，因为界面的显示是设备内部自己实现的，用户MCU只是发送指令，并不需要底层驱动。
再次，针对显示的人机界面的布局和大多数的逻辑（比如界面背景，按钮效果，文本显示等）。全部都不需要用户的 MCU 参与，使用设备提供的上位软件，在电脑上点几下鼠标就完成了。制作好资源文件以后下载到屏幕即可自动运行，剩下的就是 USART 交互了。
2.2.2 本系统的显示方案
本系统选择的是串口HMI这一显示方案。因为这种方案确实是可以在短时间内设计出比较漂亮的GUI界面。GUI界面设计软件如下图：
这是串口屏商家给的配套的GUI设计软件，该软件的下载链接：
我们可以从左侧的工具箱里往工作区里拖拽需要用到的控件，常用的控件有文本控件、文字控件、按钮控件等。可在右侧的属性窗口设置控件的属性。可以通过选择不同的字库来设置不同的字体样式。
控件、页面的切换或则触发可能会产生相应的事件，可以通过代码来控制。其中，页面、控件的背景是可以上传本地的图片的，所以可以事先通过PS或则其他作图软件设计出精美的背景图片，然后再把控件都设置为透明色，最终地显示效果就可以达到很好的效果。
总之，可以很方便很容易设计出精美的GUI界面。同时，这个GUI设计软件还具有模拟真实的屏幕的功能，可以很方便地与用户MCU进行联调。仿真界面如图所示：
进入模拟器界面，可在下方选择数据的输入方式为用户MCU输入，然后设置相应的串口号和波特率即可。还可以实时查看用户MCU传给模拟器的数据。
2.3 与天气服务器通信
每个问题的解决往往都不能一步到位，要把这个问题的所有关键点找出来，着手去解决这些关键点，最终问题自然会得到解决。
同样的，虽然我们最终是用单片机控制WiFi模块来获取天气数据的，但是我们首先应该确保在没有单片机的情况下能获取得到天气数据，确保能和天气服务器正常通信。只有这样，在使用单片机获取数据遇到问题时才知道出错的范围在哪，便于我们进行调试。下面，分享windows下与天气服务器通信的测试方法：
2.3.1 所需的工具
网络调试助手。本人使用的是SocketTool，SocketTool是一款小巧实用且功能强大的TCP/UDP网络通讯调试工具，可以帮助你检查网络应用软件及硬件的通讯情况，可以创建Socket服务器，如创建UDP组播地址及端口、创建UDP Client客户端、创建TCP Client、创建TCP Server。
该工具下载链接为：
2.3.2 测试方法
（1）首先，使用SocketTool工具建立一个TCP Client，对方IP设为：116.62.81.138（这是心知天气服务器的IP地址），对方端口设为80。如：
怎么才能知道一个网站的IP呢？在DOS黑窗口下输入ping+域名即可得该域名对应的IP，如我们ping百度：
ping是Windows、Unix和Linux系统下的一个命令，利用ping命令可以检查网络是否连通，可以很好地帮助我们分析和判定网络故障，该命令还可以加许多参数使用，具体是键入Ping按回车即可看到详细说明。
（2）发送HTTP请求，向心知天气服务器请求天气数据。HTTP有几种请求方法，我们这里使用的是GET请求：
GET请求：从指定的资源请求数据。
具体的请求方法示例为：
GET https://api.seniverse.com/v3/weather/now.json?key=2owqvhhd2dd9o9f9&location=beijing&language=zh-Hans&unit=c其中，GET后面的URL地址可以上心知天气查看，如：
URL中的几个参数是可以设置的：
key：你的API密钥
location：所查询的地点
language：语言
unit：单位
在SocketTool工具中发送GET请求（首先先得点击连接按钮进行连接），发送格式如下：
需要注意的问题就是每个GET请求之后都需要空两行，这两个换行也是GET请求的一部分，所以在编写单片机代码时需要注意的是要在这个请求字符串后添加\r\n\r\n，表示换两行。
服务器返回的天气数据为：
看看服务器返回的数据，发现中文都是乱码。原因是获取得的天气数据是utf-8格式，必须转换为GBK格式中文才能正常显示。此处，我们只是测试与服务器是否能正常交互，测试结果显示有数据返回，说明通过以上的GET请求时可以获取到数据的。
在应用到单片机上时，还需要考虑的问题就是怎么把utf-8格式转换为GBK格式的问题，转换后中文才能正常显示在显示屏上。
2.4 语音对话功能
本系统人机对话功能采用了两个硬件模块：（1）语音识别模块：采用LD3320语音识别芯片；（2）语音合成模块：采用SYN6288语音合成芯片。
2.4.1 语音识别
本系统语音识别模块采用的语音芯片是LD3320。该芯片已经集成了语音识别的处理器，不需要外接其他的辅助芯片如Flash、 RAM 等，直接嵌入在现有的产品中就可以实现语音识别的功能。
语音识别的过程为：
（1）先预存要识别的关键词，如：
//-------------------------搜索天气-----------------------------------
#define STR00 "xiao tian" // 小天
#define STR01 "sou suo fu zhou tian qi" // 搜索福州天气
#define STR02 "sou suo shang hai tian qi" // 搜索上海天气
#define STR03 "sou suo shen zhen tian qi" // 搜索深圳天气
#define STR04 "sou suo bei jing tian qi" // 搜索北京天气
#define STR05 "sou suo guang zhou tian qi" // 搜索广州天气
#define STR06 "sou suo nan ning tian qi" // 搜索南宁天气
#define STR07 "sou suo xia men tian qi" // 搜索厦门天气
#define STR08 "sou suo quan zhou tian qi" // 搜索泉州天气
#define STR09 "sou suo pu tian tian qi" // 搜索莆田天气
#define STR10 "sou suo nan ping tian qi" // 搜索南平天气可以预存50条关键词（关键句），本人已经把关键词写死在程序里了，这显然就不能灵活的面对各种场景。其实可以通过代码编写一个学习功能，即识别之前首先进行学习一些即将要识别的关键词，然后在进行识别演示，这样就可以应对比较多的场景。
但是，这样还是不够智能，毕竟只能识别已经预存的关键词（关键句），要是没有预存就没办法识别了。所以真正的语音识别应该是在软件算法上下功夫，关于语音识别已然成为热门的一大研究专题，这就属于人工智能的范畴吧。希望以后可以有机会接触这一块，如有接触再做学习分享~
（2）开始识别，如：
static void Task_ASR(void)
{
switch(nAsrStatus)
{
case LD_ASR_RUNING:
case LD_ASR_ERROR:
break;
case LD_ASR_NONE:
nAsrStatus=LD_ASR_RUNING;
if (RunASR()==0) // 启动一次ASR识别流程：ASR初始化，ASR添加关键词语，启动ASR运算
{
nAsrStatus = LD_ASR_ERROR;
}
break;
case LD_ASR_FOUNDOK:
nAsrRes = LD_GetResult( ); // 一次ASR识别流程结束，去取ASR识别结果
ASRSuccess_Handle(nAsrRes);
nAsrStatus = LD_ASR_NONE;
break;
case LD_ASR_FOUNDZERO:
default:
nAsrStatus = LD_ASR_NONE;
break;
}
}nAsrStatus是用来表示语音识别的状态，不是LD3320芯片内部的状态寄存器。nAsrStatus有几种情况。我们比较关注的是LD_ASR_FOUNDOK状态。LD_ASR_FOUNDOK状态为识别成功，识别成功后将调用ASRSuccess_Handle函数进行识别后的操作。
（3）识别成功则执行相应操作，如
void ASRSuccess_Handle(uint8 asr_code)
{
printf("\r\n识别码:%d\n",asr_code);
if(0 == asr_code)
{
printf("我在，需要我的帮助吗？\n");
TTSPlay(0, "[t3][2]我在,[2]需要[2]我的[3]帮助吗");
RunFlag = TRUE;
}
else if(RunFlag)
{
RunFlag = FALSE;
/* 识别码0-10为搜索天气识别码 */
if(asr_code>=0&&asr_code<=10)
{
switch(asr_code)
{
case CODE01:
printf("“福州”命令识别成功\r\n");
TTSPlay(0, "[t3][2]小天正在为您搜索福州天气");
memcpy(g_city,"fujianfuzhou",sizeof(g_place));
break;
case CODE02:
printf("“上海”命令识别成功\r\n");
TTSPlay(0, "[t3][2]小天正在为您搜索上海天气");
memcpy(g_city,"shanghai",sizeof(g_place));
break;
case CODE03:
printf("“深圳”命令识别成功\r\n");
TTSPlay(0, "[t3][2]小天正在为您搜索深圳天气");
memcpy(g_city,"shenzhen",sizeof(g_place));
break;
case CODE04:
printf("“北京”命令识别成功\r\n");
TTSPlay(0, "[t3][2]小天正在为您搜索北京天气");
memcpy(g_city,"beijing",sizeof(g_place));
break;
case CODE05:
printf("“广州”命令识别成功\r\n");
TTSPlay(0, "[t3][2]小天正在为您搜索广州天气");
memcpy(g_city,"guangzhou",sizeof(g_place));
break;
case CODE06:
printf("“南宁”命令识别成功\r\n");
TTSPlay(0, "[t3][2]小天正在为您搜索南宁天气");
memcpy(g_city,"nanning",sizeof(g_place));
break;
case CODE07:
printf("“厦门”命令识别成功\r\n");
TTSPlay(0, "[t3][2]小天正在为您搜索厦门天气");
memcpy(g_city,"xiamen",sizeof(g_place));
break;
case CODE08:
printf("“泉州”命令识别成功\r\n");
TTSPlay(0, "[t3][2]小天正在为您搜索泉州天气");
memcpy(g_city,"quanzhou",sizeof(g_place));
break;
case CODE09:
printf("“莆田”命令识别成功\r\n");
TTSPlay(0, "[t3][2]小天正在为您搜索莆田天气");
memcpy(g_city,"putian",sizeof(g_place));
break;
case CODE10:
printf("“南平”命令识别成功\r\n");
TTSPlay(0, "[t3][2]小天正在为您搜索南平天气");
memcpy(g_city,"nanping",sizeof(g_place));
break;
}
memset(&weather_data, 0, sizeof(weather_data));
GET_NowWeather();
GET_DailyWeather();
GetWeatherTimer = TIMER1_HOUR;
DisplayWeather(weather_data);
DisplayWeatherIcon(weather_data);
}
else
{
switch(asr_code)
{
case CODE11:
printf("“语音播报天气”命令识别成功\r\n");
printf("%s\n",g_WeatherText);
// TTSPlay(0, (uint8_t*)g_WeatherText);
break;
case CODE12:
printf("“今天的气温是多少”命令识别成功\r\n");
break;
default:
TTSPlay(0, "语音识别失败，请对准麦克风说话！");
break;
}
}
}
}2.4.2 语音合成
本系统的语音合成模块采用SYN6288语音合成芯片，支持文本直接转化为语音。其与单片机的通信方式为串口通信。向该模块发送以下格式的数据包：
5字节帧头+文本+1字节校验，文本字节数小于等于200字节
即可合成语音。代码如：
void TTSPlay(uint8_t Music,uint8_t *Text)
{
/****************需要发送的文本**********************************/
uint8_t DataPacket[50]; //
uint8_t Text_Len;
uint8_t ecc = 0; //定义校验字节
uint8_t i=0;
Text_Len =strlen((const char*)Text); //需要发送文本的长度
/*****************帧固定配置信息**************************************/
DataPacket[0] = 0xFD ; //构造帧头FD
DataPacket[1] = 0x00 ; //构造数据区长度的高字节
DataPacket[2] = Text_Len + 3; //构造数据区长度的低字节
DataPacket[3] = 0x01 ; //构造命令字：合成播放命令
DataPacket[4] = 0x01 | Music<<4 ; //构造命令参数：背景音乐设定
/*******************校验码计算***************************************/
for(i = 0; i<5; i++) //依次发送构造好的5个帧头字节
{
ecc=ecc^(DataPacket[i]); //对发送的字节进行异或校验
}
for(i= 0; i<Text_Len; i++) //依次发送待合成的文本数据
{
ecc=ecc^(Text[i]); //对发送的字节进行异或校验
}
/*******************发送帧信息***************************************/
memcpy(&DataPacket[5], Text, Text_Len);
DataPacket[5+Text_Len]=ecc;
UART4_SendStr((char*)DataPacket,5+Text_Len+1);
}调用方式如：
TTSPlay(0, "[t3][2]小天正在为您搜索福州天气");3、代码获取
以上就是关于该作品比较重要的一些内容的分享，由于篇幅太长其他功能不做介绍，有兴趣的朋友可以查看源码。源码链接：
我的个人博客：https://zhengnianli.github.io/
我的微信公众号：嵌入式大杂烩
我的博客即将同步至腾讯云+社区，邀请大家一同入驻：https://cloud.tencent.com/developer/support-plan?invite_code=oeilcfscuui4
