全方位解析智能型家电控制

“设计以恩智浦半导体的LPC2478嵌入式发展系统结合凌阳科技的SPCE061A芯片作为家电的主／副控端及监控系统界面，进而搭配WSN通讯模组的蓝牙通讯系统应用在“全方位智能型家电控制”的系统研

前言

面对二十一世纪以人为本的科技发展趋势，世界先进国家纷纷积极投入智能化生活空间科技之研发，建立健康舒适的环境，提高人们的生活品质与工作效能。本本主要探讨人类在步入二十一世纪后在生活中处处引用3C概念所衍生出来一系列的议题。近几年来，日本与韩国投注大量资源研究数字生活空间且已经有极大成效，台湾在远雄建设积极推动“数字城”的概念下也引发了将3C产品应用在平时生活空间的研发上，其内涵包括家庭电器的自动控制、安全系统自动化、门禁系统监控、甚至纳入个人医疗保健等议题，也提供产业界另一个明星产业发展的契机。微软前总裁比尔·盖茨在“拥抱未来”一书中提到“在未来的五年当中，语音识别、社会界面和高速公路连结器，都将放入主要的应用软件中。到时候，不论公司或个人都会对那些可提高效率及生产力的新版本趋之若鹜。”这也意味着语音识别技术是未来软件的三个新兴技术之一。

智能型生活空间已经被列为重点发展科技项目之一，智能型生活空间是利用嵌入式系统结合Wireless Sensor Network（WSN）技术应用于人类生活空间中，使生活更便利、舒适。本设计以恩智浦半导体（NXP）的LPC2478嵌入式发展系统结合凌阳科技的SPCE061A芯片作为家电的主/副控端及监控系统界面，进而搭配WSN通讯模组的蓝牙通讯系统应用在“全方位智能型家电控制”的系统研发，包括LPC2478嵌入式系统软、硬件驱动程序设计、LPC2478嵌入式周边硬件电路开发、SPCE061A芯片语音声控、音频压缩编码、API函数设定、蓝牙无线UART传输、蓝牙通讯主-从一对多通讯系统技术、家电受控端以单接点及多接点改良设计等。系统功能经实际验证后效果良好，确实能达到智能型家电与数字家庭控制，产品实用性与创意性极高。

产品设计目的

本产品主要是以LPC2478嵌入式研发系统作为核心，结合LinkMatik2.0蓝牙模组构建一套全方位数字家庭人机监控界面，完全取代之前以PC高成本设备，并结合SPCE061A芯片与蓝牙模组自行开发智能型家电控制，由于语音声控具有直接性，将其整合于数字家庭中能够使人机界面更具有亲和力， 所以本设计的目的为下列几点：

（1） 以LPC2478嵌入式研发系统作为监控服务器;

（2） 以蓝牙模组建立智能型系统的相关通讯技术研究;

（3） 以语音识别结构与蓝牙进行LPC2478嵌入式人机界面的研究;

（4） 以LPC2478研制嵌入式语音识别及蓝牙技术声音无线感测器。

系统结构

LPC2478嵌入式全方位智能型家电人机监控界面

现代人生活已迈向高科技数字空间，在家中以微控芯片设计的电器产品已很多，虽然有些超级豪宅已有整合性的家电控制，但一般家庭中还是只有一对一遥控的方式，现代嵌入式科技已成熟稳定，市面上以嵌入式系统取代PC结构产品很多，但极度缺乏整合型家电控制界面，本系统将LPC2478嵌入式系统结合LinkMatik2.0蓝牙模组构建数字家庭人机监控界面，将与智能型家电达到同步监控，并可通过远程监控系统PC Anywhere软件经由网络连结LPC2478嵌入式系统监控，成为一套整合型数字家庭监控伺服中心，如图1所示的嵌入式系统基本结构。

本系统主要设计产品为掌上型嵌入式蓝牙无线声控遥控器，此遥控器已将多种电器产品作整合即可达到一对多的遥控，控制方式为触碰式LCD面板选择及多普通话声控方式，可直接通过人的声音经由蓝牙无线声控遥控器作为室内较远距离的声控控制，遥控器可准确辨识使用者的声音，如果要换其它使用者操控时，只要选取重新录制声音键，就可以通过语音自动提示来完成新使用者的声音录制，达到不因使用者的语音信号不同却能任何使用者都可以控制的功能。

本产品设计优势在于目前市面上尚没有以蓝牙作为无线传输遥控界面产品，且不用担心像传统红外线传输需要对准接收端的方向，以高频传输的蓝牙模组来取代低频的RF射频，受其它频率干扰的程度也大幅降低，由于运作频率高达2.4 GHz，不易造成仪器的干扰，故适合用于家庭、医院或工厂自动化的情境，并设计家电受控结果回授机制由LCD面板显示，随时掌握家电即时状态。

智能型家电受控端

智能型家电受控端可分为四大类别：

（1）区域型电灯控管系统（客厅、厨房、卧室）;

（2）家庭影音设备系统（DVD播放机、喇叭音量控制、TV/AV频道影像切换）;

（3）周边环境家电控制系统（电动窗帘、阳台遮雨棚）;

（4） DIY智能型安全系统（警报触动立即通知使用者）。

本系统设计如图2所示已建成模型屋，内部架设的电器产品有电灯、电视、电动窗帘、DVD播放机、遮雨棚、警报系统，全部都以蓝牙无线控制，所有家电均可以使用多功能声控遥控器（具有自我学习功能）、户外电话（手机、公共电话、市话），LPC-2478嵌入式人机界面以及远端网络遥控。

系统运作功能

本系统运作功能区分为室内与室外控制（如图3所示），当使用者于室内时可选择直接声控、掌上型蓝牙声控无线遥控器、嵌入式监控中心监控，三大系统控制。当使用者身处室内空间且靠近家电时可直接呼喊家电名称，智能型家电受控端会有语音反应使用者欲控制家电状态;如果室内空间较大不适宜大声下达控制命令时，或使用者距离智能型家电距离较远时，可使用掌上型蓝牙声控无线遥控器，此遥控器又可分为LCD触控及声控方式以供选择。嵌入式监控中心控制方式与掌上型蓝牙声控无线遥控器一样，差别在于LCD面板大小与设置地点，监控中心设置于靠近门口墙面上，当使用者回来或外出可直接在门口一次控制完毕所有家电状态。

使用者于户外时可选择PC Anywhere远端监控及电话网络控制，在有网络的地点还可直接通过有线及无线网络来连接家中监控中心，进而操控嵌入式监控人机界面。身处户外又无网络地点时，可直接使用市话或随身手机直接拨打家中电话号码，并选择与家电相对应的控制代码操控，当家电已完成我们预期动作状态后，会由手机听筒中听到语音播报控制结果，达到准确地控制家电。

系统功能设计

掌上型蓝牙声控无线遥控器

操作方式为直接点选LCD面板家电图示及直接声控方式操控家电，遥控器经由蓝牙传送控制命令至家电受控端，使用者可以直接对遥控器做语音识别训练;系统通过语音提示来完成使用者的声音录制，并内建普通话、闽南语、英语三种语言提示。如图4所示为声控家电硬件结构图，语音信号输入后由SPCE061A芯片作语音识别，依辨识结果做其所对应的控制，并且随即播放语音，提示使用者目前控制动作的状态，待家电的控制动作完成后，再将反应码经由蓝牙模组传送至LPC2478嵌入式系统。

如图5所示，LPC2478以RS232界面经由MAX232转换IC与蓝牙模组做界面整合。如图6所示为伺服端的界面电路图，蓝牙模组的通讯界面中有一个ESC的控制信号，用来切换模组的命令方式与数据方式，PC端通过DTR的信号控制模组的ESC pin以达到切换方式的目的。蓝牙模组的ATN pin于数据方式时，为连线指示信号pin。伺服端经由此信号的状态判定蓝牙连线是否建立。

由于系统大多以语音与使用者互动以提高人机界面的亲和力，所以在流程中大多有语音录制与语音识别训练的部份。图7中是SPCE061A语音播放的片段程序，播放语音时必须呼叫此子程序void PlaySnd，进入子程序后必须先停止识别器，不做语音识别动作，并且初始化SACM_S480_Initial函数，函数值若设为1是表示语音设定为自动播放，不须经由外部触发启动。另外，呼叫语音播放函数SACM_S480_Play时，SndIndex为欲播放之语音所相对应的段数，DAC_Channel为设定数字转模拟输出通道的参数，括号内的值设为3是表示DAC1与DAC2两个频道同时播放，以达到双声道输出的效果，SACM_S480_Status函数是用来判别语音是否播放完毕。

智能型家电受控端

依照系统结构图，遥控器软件规划分为声控及选单式两大类，家电受控端软件规划可依所控制的接点数分为单一接点与多接点两大类，如图8所示。

电话网络控制

任何一部手机都可直接拨打家中电话号码控制家电，如图9所示为家电控制代码，“#”为进入电话控制系统，“*”为离开系统，其余为控制代码。

电话控制家电系统实体图以EEPROM存储器设计存储使用者输入欲拨打的电话号码，并由LCD（16×2）面板显示，此系统功能有查询目前输入号码、更改已输入号码、直接拨号及挂断电话机制，如同一部家用电话。

DIY自动安全系统

DIY自动安全系统以磁簧开关作为感测器，使用者可自行将感测器连接至窗户、大门上，并可通过电话控制家电及远端监控系统启动警报，当警报触发时系统会传送触发协定码至电话控制家电系统中，并马上拨打预设电话告知使用者窃贼入侵，图10为警报器实体图。

PC Anywhere远程监控

应用PC Anywhere软件作为远程监控系统控制界面如图11所示，通过有线及无线网络来连结家中伺服电脑进而操控上图之人机界面，使用者无论在公司上班或是在国外都可以通过网络达到控制。

首先开启家中伺服电脑的PC Anywhere软件，选择黄色框内的被控端并双击启动，再由远端电脑或者于有无线网络的区域使用Notebook及PDA启动PC Anywhere，并选择框内的远程遥控，输入使用者PASSWORD即可连线成功，如图12所示。

监控中心界面

通过远程监控连结LPC2478嵌入式监控中心之人机界面控制家电，如图13所示，直接选取下方OPEN或是CLOSE钮来控制家电，当家电达到使用者预想的控制状态后，在家电受控端开关设计感测回路，并将感测到的信息回传至监控中心，家电受控端会自动反应信号至人机界面，改变显示在圆圈图示中的颜色，可用白色圆圈代表“家电未启动”以及“家电已关闭”的状态，黄色圆圈代表“家电启动中，且未完全启动完毕”的状态，红色代表“家电确实启动完毕”的状态，颠覆传统以CCD图像监控的高成本设计来达到家电控制的效果。

编辑：jq