梁嘉智
摘 要:為了研究北斗全頻系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)智控終端設備的智能代理程序,實現(xiàn)終端智能代理程序之間通訊、協(xié)作和根據(jù)用戶要求準確響應等功能。文中為終端工作模式和環(huán)境建立了嚴謹?shù)奈锢砟P?,設計了終端信息同步化算法。基于北斗全頻通訊系統(tǒng),以軟硬件相結(jié)合的方式完成北斗通訊數(shù)據(jù)接收和顯示,及播音系統(tǒng)的實現(xiàn)。采用MTK的6735ARM架構(gòu)Android系統(tǒng)開發(fā)平臺、智能代理程序、液晶顯示屏LCD12864、語音控制系統(tǒng)實現(xiàn)實時顯示當前所在位置的經(jīng)緯度、時間、圖像、視頻信息和語音通話等功能。仿真實驗和硬件調(diào)試結(jié)果表明,該系統(tǒng)可以實現(xiàn)圖像信息顯示和語音報告目前經(jīng)緯度、時間和地理位置等信息。系統(tǒng)工作正常,可以滿足北斗全頻系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)智控終端中的用戶需求。
關(guān)鍵詞:北斗全頻;物聯(lián)網(wǎng);智控終端;同步化
中圖分類號:TP391 文獻標識碼:A 文章編號:2095-1302(2017)10-00-03
0 引 言
北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)即將成為全球除GPS(美國)、格洛納斯(俄羅斯)、伽利略(歐盟)之外的第四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)具有非常高的戰(zhàn)略意義,配套產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迫在眉睫。但遺憾的是,基于北斗的芯片研發(fā)及制造市場目前基本被國外技術(shù)巨頭滲透,形成了所謂的“雙?;毙酒袌?,即要求芯片同時支持北斗和GPS,這與國家大力扶持北斗全本土化應用的初衷大相徑庭。而國內(nèi)芯片廠商看不到除了“雙?;钡钠渌腥胧袌龅臋C會。本項目提出了新型北斗智控終端思路,融合感知系統(tǒng)、數(shù)據(jù)模型,加大RDSS與產(chǎn)業(yè)的整合,推動民族芯片產(chǎn)業(yè)及北斗終端設備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
本項目研究的另一個意義在于推進北斗終端的“智能化”研發(fā)。這一趨勢符合行業(yè)中長遠行業(yè)發(fā)展的趨勢。眾所周知,未來的人工智能將趨向通過底層硬件架構(gòu)的變革來實現(xiàn)。因此,未來10年計算機科學的關(guān)注點將會轉(zhuǎn)移到如何突破現(xiàn)階段的計算能力極限,即顛覆原有的硬件架構(gòu)。這個方向可能是人工智能在硬件設備上的一個終極解決方案,主要涵蓋以下幾個方面:
(1)未來的人工智能將致力于通過底層硬件架構(gòu)的變革來實現(xiàn)。不同于現(xiàn)階段底層對云計算的依賴,硬件模式將直接從芯片層面實現(xiàn)對人工神經(jīng)網(wǎng)絡的模擬,目標是構(gòu)建一個硬件大腦;
(2)未來的智能硬件多數(shù)都擁有一定終端計算存儲和處理能力的標準化硬件配置,通過網(wǎng)絡連通中層智控技術(shù),實現(xiàn)不同的智控應用。軟件賦予了硬件具體的功能和身份,從而可以靈活利用同樣的硬件來滿足用戶不同的需求;
(3)在通往通用智能的路上,強大的信息采集功能是未來智能硬件的必備條件。移動互聯(lián)時代主要采集的類型局限于文字、圖像、語音、視頻和LBS等,感知技術(shù)的發(fā)展是信息采集能力的瓶頸。現(xiàn)有傳感器已開始采集重力感應、壓力感應等“聽”和“看”以外的信息,未來感知能力的提升會讓智能硬件技術(shù)出現(xiàn)顛覆性科技創(chuàng)新。
本項目提及的“智控終端”正是迎合大數(shù)據(jù) “硬件智能化”的一次嘗試,而且應用在日臻成熟的北斗終端設備上,理論和現(xiàn)實意義都十分重大。首先,本項目是采用我國自行研發(fā)的北斗衛(wèi)星RDSS定位系統(tǒng)構(gòu)建的具有智能代理(Intelligent Agent)功能、實現(xiàn)終端技術(shù)研發(fā)的一次全新嘗試。通過計算、自主控制和聯(lián)網(wǎng),人、機器和信息能夠互相聯(lián)接,融為一體,即可實現(xiàn)通信又可構(gòu)建高性能對等網(wǎng),為終端用戶帶來全新的服務體驗。此外,此項目技術(shù)可以優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)解決方案,提高物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)公共資源整合,推動 “人工智能”實際開發(fā)應用、延伸和擴展。
1 北斗全頻物聯(lián)網(wǎng)智控終端系統(tǒng)設計方案
本課題設計的關(guān)鍵技術(shù)點在于把復雜的事情簡化,生成智能硬件產(chǎn)品,便于市場推廣。項目的核心技術(shù)在于不影響車身原有性能,無需改裝,本著只讀不寫,只聽不控的原則,在設備端開發(fā)依賴實時更新的系統(tǒng)“周邊”數(shù)據(jù),項目關(guān)鍵技術(shù)點如下:
(1)芯片的嵌入式擴展部分及流式數(shù)據(jù)驅(qū)動部分;
(2)終端操作系統(tǒng)及應用軟件部分;
(3)云平臺(包含衛(wèi)星基礎(chǔ)云和用戶云)。
體系涉及方案符合北斗衛(wèi)星通訊規(guī)范。北斗芯片獲取的數(shù)據(jù)被嵌入式系統(tǒng)捕獲并緩存,用于智能調(diào)度算法的實現(xiàn)??蛻舳丝梢越尤牖ヂ?lián)網(wǎng)(在設備連接可用的情況下),與云架構(gòu)形成握手。
此外,本項目涉及的云架構(gòu)包括用于服務各式用戶終端的用戶云(支持用戶通過手機、PC和iPad進行互動)和用于開放北斗終端互動功能的衛(wèi)星云(衛(wèi)星云打通了北斗終端通訊和互聯(lián)網(wǎng)的宏觀數(shù)據(jù)流向)。而調(diào)度及智能系統(tǒng)主要在終端,以客戶端的方式進行軟件模塊的實現(xiàn)。同時,用戶云架構(gòu)也包含了來自終端智能計算相關(guān)服務請求的軟件實現(xiàn)。北斗全頻物聯(lián)網(wǎng)智控終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
2 北斗全頻物聯(lián)網(wǎng)智控終端系統(tǒng)設計
2.1 北斗全頻模塊用戶請求服務模式
本課題將“周邊”同質(zhì)終端及POI數(shù)據(jù)進行優(yōu)化存儲,通過嵌入式系統(tǒng)及快速內(nèi)存建立用于智能代理運行的環(huán)境數(shù)據(jù)庫;隨著終端的移動,該數(shù)據(jù)庫進行周邊通訊,而這種通訊可由北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)直接提供支持。同時,Android操作系統(tǒng)為智能代理程序提供了強大的運行平臺。代理程序?qū)ν饨邮諄碜杂脩艉推渌悄芙K端的服務要求,自主計算出響應用戶服務請求所涉及的方案。
在服務響應計算方面,環(huán)境庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)決定了應對不同服務請求智能代理的趨向性。由于本項目終端設備是松散型群集在一起,具有嚴格的“距離”約束,因此首階段代理的自主性以對周邊握手和終端類型的區(qū)分為基礎(chǔ)。用戶服務請求如“拋錨”和“油枯”等,都會翻譯成智能程序的方案 + 根據(jù)方案計算得到的“可行方案”。北斗全頻用戶全球智能服務模式框圖如圖2所示。
2.2 語音報送模塊電路設計
ISD1730系列錄放芯片是一種高集成度,高性能的芯片。它可以多段錄音,采樣率可在4~12 kHz間調(diào)節(jié),供電范圍為2.4 ~5.5 V。endprint
ISD1730系列錄放芯片可工作于獨立按鍵模式和SPI控制模式。芯片內(nèi)由存儲管理系統(tǒng)來管理多段語音,在獨立按鍵模式下也能進行多段語音錄放。此芯片內(nèi)有振蕩器,可通過外部電阻來調(diào)節(jié)其振蕩頻率;還帶有自動增益控制(AGC)的話筒運放,模擬線路輸入,抗鋸齒濾波器,多級存儲陣列,平滑濾波器,音量控制,直接驅(qū)動喇叭的PWM輸出與接外部功放的電流/電壓輸出。
芯片有兩路獨立的語音信號輸入通道,即話筒輸入與模擬信號輸入。在獨立按鍵模式下,當某功能操作完成后芯片會自動進入掉電模式來降低功耗。在SPI模式下,用戶可對芯片進行更多功能操作。語音報送ISD1700模塊電路原理圖如圖3所示。
如圖3所示,圖片右側(cè)的MIC電路部分經(jīng)實踐測試,音質(zhì)不好,所以棄用,由于所選芯片為ISD1730,內(nèi)存足夠,所以改用找地址的電腦信號錄入方式進行錄音。MISO、MOSI、SS與單片機的P2.2~P2.0連接,CLK與單片機的P2.4連接,ROSC與80 kΩ電阻連接后接地,采樣頻率為8 kHz;VOL與一個按鍵連接后接地,可調(diào)音量,AGC端口啟用,增益自動可調(diào),SP-、SP+與喇叭直接相連,不經(jīng)功率放大等環(huán)節(jié),本課題使用5 Ω、0.8 W的喇叭可以正常驅(qū)動,但功率大一些的喇叭必須要經(jīng)過功率放大電路才可以帶動。DP2為LED指示燈,在錄放音時會閃爍。
3 北斗全頻物聯(lián)網(wǎng)智控終端系統(tǒng)軟件設計
3.1 LCD12864液晶屏設計
LCD12864液晶設計流程圖如圖4所示。該程序主要完成液晶的驅(qū)動(驅(qū)動中主要是液晶的讀忙函數(shù)、讀寫數(shù)據(jù)函數(shù)、清屏函數(shù)、初始化函數(shù)),系統(tǒng)開機顯示,系統(tǒng)工作時的實時狀態(tài)顯示及各顯示界面的切換等功能。
3.2 ISD1730語音報送程序流程圖
由于ISD1730只放音,不涉及錄入等功能,所以流程圖只是放音部分。放數(shù)字音和放位置音的過程類似,都可用一個流程圖表示。ISD1730語音報送程序流程圖如圖5所示。
4 結(jié) 語
本文主要研究北斗全頻的定位原理與技術(shù),單片機編程及其應用,液晶屏功能及其實現(xiàn)方法,以及語音系統(tǒng)及其功能應用。對此制作了一套設計方案,以軟硬件相結(jié)合的方式完成北斗數(shù)據(jù)接收智能調(diào)度和顯示以及播音功能。本課題采用MTK的6735 ARM架構(gòu)Android系統(tǒng)開發(fā)平臺、液晶顯示屏LCD12864、語音芯片ISD1730、智能代理程序設計了一款可實時顯示當前所在位置經(jīng)緯度等信息,并語音報告目前經(jīng)緯度的應用系統(tǒng)。通過設計,編程,調(diào)試,該智能代理程序系統(tǒng)工作正常,可以滿足課題要求。
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