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(shè)備的智能代理程序，實(shí)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(zhǔn)確響應(yīng)等功能。文中為終端工作模式和環(huán)境建立了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢砟Ｐ?，設(shè)計(jì)了終端信息同步化算法?；诒倍啡l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(shí)現(xiàn)。采用MTK的6735ARM架構(gòu)Android系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)、智能代理程序、液晶顯示屏LCD12864、語(yǔ)音控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前所在位置的經(jīng)緯度、時(shí)間、圖像、視頻信息和語(yǔ)音通話等功能。仿真實(shí)驗(yàn)和硬件調(diào)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)圖像信息顯示和語(yǔ)音報(bào)告目前經(jīng)緯度、時(shí)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(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2017）10-00-03

0 引 言

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)即將成為全球除GPS（美國(guó)）、格洛納斯（俄羅斯）、伽利略（歐盟）之外的第四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)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(chǎng)目前基本被國(guó)外技術(shù)巨頭滲透，形成了所謂的“雙?；毙酒袌?chǎng)，即要求芯片同時(shí)支持北斗和GPS，這與國(guó)家大力扶持北斗全本土化應(yīng)用的初衷大相徑庭。而國(guó)內(nèi)芯片廠商看不到除了“雙?；钡钠渌腥胧袌?chǎng)的機(jī)會(huì)。本項(xiàng)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(dòng)民族芯片產(chǎn)業(yè)及北斗終端設(shè)備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

本項(xiàng)目研究的另一個(gè)意義在于推進(jìn)北斗終端的“智能化”研發(fā)。這一趨勢(shì)符合行業(yè)中長(zhǎng)遠(yuǎn)行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。眾所周知，未來(lái)的人工智能將趨向通過(guò)底層硬件架構(gòu)的變革來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，未來(lái)10年計(jì)算機(jī)科學(xué)的關(guān)注點(diǎn)將會(huì)轉(zhuǎn)移到如何突破現(xiàn)階段的計(jì)算能力極限，即顛覆原有的硬件架構(gòu)。這個(gè)方向可能是人工智能在硬件設(shè)備上的一個(gè)終極解決方案，主要涵蓋以下幾個(gè)方面：

（1）未來(lái)的人工智能將致力于通過(guò)底層硬件架構(gòu)的變革來(lái)實(shí)現(xiàn)。不同于現(xiàn)階段底層對(duì)云計(jì)算的依賴，硬件模式將直接從芯片層面實(shí)現(xiàn)對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬，目標(biāo)是構(gòu)建一個(gè)硬件大腦；

（2）未來(lái)的智能硬件多數(shù)都擁有一定終端計(jì)算存儲(chǔ)和處理能力的標(biāo)準(zhǔn)化硬件配置，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連通中層智控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同的智控應(yīng)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(lái)滿足用戶不同的需求；

（3）在通往通用智能的路上，強(qiáng)大的信息采集功能是未來(lái)智能硬件的必備條件。移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代主要采集的類型局限于文字、圖像、語(yǔ)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?，F(xiàn)有傳感器已開(kāi)始采集重力感應(yīng)、壓力感應(yīng)等“聽(tīng)”和“看”以外的信息，未來(lái)感知能力的提升會(huì)讓智能硬件技術(shù)出現(xiàn)顛覆性科技創(chuàng)新。

本項(xiàng)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(yīng)用在日臻成熟的北斗終端設(shè)備上，理論和現(xiàn)實(shí)意義都十分重大。首先，本項(xiàng)目是采用我國(guó)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(shí)現(xiàn)終端技術(shù)研發(fā)的一次全新嘗試。通過(guò)計(jì)算、自主控制和聯(lián)網(wǎng)，人、機(jī)器和信息能夠互相聯(lián)接，融為一體，即可實(shí)現(xiàn)通信又可構(gòu)建高性能對(duì)等網(wǎng)，為終端用戶帶來(lái)全新的服務(wù)體驗(yàn)。此外，此項(xiàng)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(dòng) “人工智能”實(shí)際開(kāi)發(fā)應(yīng)用、延伸和擴(kuò)展。

1 北斗全頻物聯(lián)網(wǎng)智控終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本課題設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)在于把復(fù)雜的事情簡(jiǎn)化，生成智能硬件產(chǎn)品，便于市場(chǎng)推廣。項(xiàng)目的核心技術(shù)在于不影響車身原有性能，無(wú)需改裝，本著只讀不寫，只聽(tīng)不控的原則，在設(shè)備端開(kāi)發(fā)依賴實(shí)時(shí)更新的系統(tǒng)“周邊”數(shù)據(jù)，項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)如下：

（1）芯片的嵌入式擴(kuò)展部分及流式數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)部分；

（2）終端操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件部分；

（3）云平臺(tái)（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(shí)現(xiàn)?？蛻舳丝梢越尤牖ヂ?lián)網(wǎng)（在設(shè)備連接可用的情況下），與云架構(gòu)形成握手。

此外，本項(xiàng)目涉及的云架構(gòu)包括用于服務(wù)各式用戶終端的用戶云（支持用戶通過(guò)手機(jī)、PC和iPad進(jìn)行互動(dòng)）和用于開(kāi)放北斗終端互動(dòng)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(jìn)行軟件模塊的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，用戶云架構(gòu)也包含了來(lái)自終端智能計(jì)算相關(guān)服務(wù)請(qǐng)求的軟件實(shí)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(shè)計(jì)

2.1 北斗全頻模塊用戶請(qǐng)求服務(wù)模式

本課題將“周邊”同質(zhì)終端及POI數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化存儲(chǔ)，通過(guò)嵌入式系統(tǒng)及快速內(nèi)存建立用于智能代理運(yùn)行的環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)；隨著終端的移動(dòng)，該數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行周邊通訊，而這種通訊可由北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)直接提供支持。同時(shí)，Android操作系統(tǒng)為智能代理程序提供了強(qiáng)大的運(yùn)行平臺(tái)。代理程序?qū)ν饨邮諄?lái)自用戶和其他智能終端的服務(wù)要求，自主計(jì)算出響應(yīng)用戶服務(wù)請(qǐng)求所涉及的方案。

在服務(wù)響應(yīng)計(jì)算方面，環(huán)境庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)決定了應(yīng)對(duì)不同服務(wù)請(qǐng)求智能代理的趨向性。由于本項(xiàng)目終端設(shè)備是松散型群集在一起，具有嚴(yán)格的“距離”約束，因此首階段代理的自主性以對(duì)周邊握手和終端類型的區(qū)分為基礎(chǔ)。用戶服務(wù)請(qǐng)求如“拋錨”和“油枯”等，都會(huì)翻譯成智能程序的方案 + 根據(jù)方案計(jì)算得到的“可行方案”。北斗全頻用戶全球智能服務(wù)模式框圖如圖2所示。

2.2 語(yǔ)音報(bào)送模塊電路設(shè)計(jì)

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(dú)立按鍵模式和SPI控制模式。芯片內(nèi)由存儲(chǔ)管理系統(tǒng)來(lái)管理多段語(yǔ)音，在獨(dú)立按鍵模式下也能進(jìn)行多段語(yǔ)音錄放。此芯片內(nèi)有振蕩器，可通過(guò)外部電阻來(lái)調(diào)節(jié)其振蕩頻率；還帶有自動(dòng)增益控制（AGC）的話筒運(yùn)放，模擬線路輸入，抗鋸齒濾波器，多級(jí)存儲(chǔ)陣列，平滑濾波器，音量控制，直接驅(qū)動(dòng)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(dú)立的語(yǔ)音信號(hào)輸入通道，即話筒輸入與模擬信號(hào)輸入。在獨(dú)立按鍵模式下，當(dāng)某功能操作完成后芯片會(huì)自動(dòng)進(jìn)入掉電模式來(lái)降低功耗。在SPI模式下，用戶可對(duì)芯片進(jìn)行更多功能操作。語(yǔ)音報(bào)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(shí)踐測(cè)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(hào)錄入方式進(jìn)行錄音。MISO、MOSI、SS與單片機(jī)的P2.2～P2.0連接，CLK與單片機(jī)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(gè)按鍵連接后接地，可調(diào)音量，AGC端口啟用，增益自動(dòng)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(dòng)，但功率大一些的喇叭必須要經(jīng)過(guò)功率放大電路才可以帶動(dòng)。DP2為L(zhǎng)ED指示燈，在錄放音時(shí)會(huì)閃爍。

3 北斗全頻物聯(lián)網(wǎng)智控終端系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 LCD12864液晶屏設(shè)計(jì)

LCD12864液晶設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。該程序主要完成液晶的驅(qū)動(dòng)（驅(qū)動(dòng)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(kāi)機(jī)顯示，系統(tǒng)工作時(shí)的實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示及各顯示界面的切換等功能。

3.2 ISD1730語(yǔ)音報(bào)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(guò)程類似，都可用一個(gè)流程圖表示。ISD1730語(yǔ)音報(bào)送程序流程圖如圖5所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文主要研究北斗全頻的定位原理與技術(shù)，單片機(jī)編程及其應(yīng)用，液晶屏功能及其實(shí)現(xiàn)方法，以及語(yǔ)音系統(tǒng)及其功能應(yīng)用。對(duì)此制作了一套設(shè)計(jì)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(kāi)發(fā)平臺(tái)、液晶顯示屏LCD12864、語(yǔ)音芯片ISD1730、智能代理程序設(shè)計(jì)了一款可實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前所在位置經(jīng)緯度等信息，并語(yǔ)音報(bào)告目前經(jīng)緯度的應(yīng)用系統(tǒng)。通過(guò)設(shè)計(jì)，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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