智能家居人机交互方案

在智能家居实验室建设方案中，人机交互系统是一个相对比较独立的系统。但它的运行即需要其他子系统的支持，同时也想高级服务提供依据。其中的主要交互设备有家居机器人、智能手机、移动平板、智能视机、健康设备、遥控器、计算机等。

1家居机器人

1.1人机交互技术

在终端机器人中主要提供触摸显示和语音交互方式，并提供摄像头扩展接口，利于更高层次的开发。

触摸显示交互是多媒体技术交互方式的一种，其依托于7寸触摸显示屏进行操作界面的实现和用户触摸输入。目前，在手机、平板等电子消费领域得到了非常广泛的应用。其有一个缺陷是，触摸显示屏安放在机器人的机体结构中，属于机器人的一部分，具体的使用过程不是特别方便。

语音交互是本设计中的重要部分，是终端机器人与其他家电设备最大的却别。通过自然语言交流，一方面用户可以非常方便的使用机器人进行家庭中各种设备的控制，另一方面其还能与老人对话，提供心理慰藉，或者用于幼龄儿童的教学。终端机器人中语音交互的方案采用科大讯飞语音云平台进行高效开发。语音识别的过程为：在本地进行语音采集，将采集的信息发送到语音云端，本地接受来自云端的识别结果在，然后进行智能处理；语音合成的过程为：将要合成的文本发送到语音云端，云端将语音信息返回到本地进行播放。科大讯飞云平台只是提供具体的识别和合成，而怎么让语音识别更智能化则需

要进一步的研究。

1.2系统硬件

1.2.1整体架构

电子芯片技术的飞越发展，CPU处理核心的处理和运算性能越来越强。基于最大化利用CPU能力、减少成本和降低系统能耗的思想，本设计采用单处理核心，由Cortex-A8（S5PV210）统筹系统的所有外设，进行设备控制和信息采集。对于外部设备，设备本身复杂程度以及传输方式、传输速率上均有不同，因此在对系统设备进行选型时尽量减少设备种类的复杂程度。系统框架中定义了2种设备总线：USB总线和IO数据总线。手持终端USB总线用于数据传输量大、传输速率高的复杂设备，IO数据总线则对应传输速率低的简单设备。USB总线采用Hub的形式进行多设备扩展。IO数据总线则采用抽象化和模块化思想设计，建立单独的底层扩展系统，规范相应设备接口。系统从总线的角度出发，将硬件分为2部分：底层扩展系统和上层Cortex-A8平台。

底层扩展系统主要用于传感器数据采集、机器人动力系统控制以及情感控制，设备的类型和控制较为简单。而上层Cortex-A8平台则是在核心控制器的基础上搭载触摸显示屏、用户按键接口、音频输出以及USB类的摄像头、Wi-Fi适配器、蓝牙适配器。

整体的硬件架构如图1

图1

1.2.1 Cortex-A8与S5PV210

ARM Cortex-A8 处理器是基于ARMv7-A体系结构，其设计主要面向高性能和低功耗。目前，其突出的优势已经得到了市场的认可，在智能手机、机顶盒、数字电视、打印机等终端设备中具有广泛的应用。

Cortex-A8处理器的主要特点如下：

1）128 位SIMD 引擎支持高性能媒体处理（NEON）；

2）优化的1 级高速缓存和集成的2 级高速缓存；

4）Thumb-2 技术，提高性能并节省指令存储空间；

5）动态分支预测，降低分支错误预测的危害；

6）完整的内存管理单元（MMU）；

7）Jazelle-RCT技术优化即时生产(JIT) 和动态自适应编译(DAC)；8）高功效和高性能的内存系统；

Mini210s开发板以Cortex-A8的S5PV210为核心控制器。S5VP210是一款高效率、高性能、低功耗的32为RISC处理器，其适用于智能手机和平板电脑等智能终端。

S5PV210在Cortex-A8的基础上拓展了多媒体方面的性能，其包含很多强大的硬件编解码功能，内置MFC（Multi Format Codec）、高性能PowerVR SGX540 3D图形引擎和2D图形引擎、IVA3硬件加速器、HDMIv1.3等多媒体相关的处理模块。

S5PV210采用584引脚的FCFBGA封装，具有丰富的外围接口如TFT LCD控制器、摄像头接口、MIPI DSI、ATA接口、UART、24通道DMA、定时器、手持机

GPIO、USB Host 2.0、USB 2.0 OTG等。S5PV210同时具有丰富的高质量的外部存储接口，其DRAM支持LPDDR1、DDR2、LPDDR2，Flash/ROM支持NAND Flash、NOR-Flash、SRAM等。

S5PV210芯片结构图如图2所示。

图2 S5PV210芯片结构图

1.2.2 Mini210s开发平台

Mini210s是一款高性能高性价比的Cortex-A8开发板，搭载三星S5PV210处理器，运行主频可高达1GHz，同时集成PowerVR SGX540高性能图形引擎。工业

PDA Mini210s开发板配备了512M DDR2内存和4G MLC NAND Flash，其外部应用接口非常丰富如WM8960音频芯片、miniHDMI高清输出、USB2.0、CMOS摄像头、SDIO、矩阵键盘等接

口（详见图4-15），其电源电路也支持低功耗待机省电模式。该款开

发板提供开源的Android2.3.1系统源码以及Linux kernel源码，方便用户进行二次开发。同时其还提供方便易使用的开发板烧写工具Superboot，缩短了系统开发周期。

根据终端系统功能设定要求，Mini210s开发板的板载资源主要使用电阻触摸显示、USB OTG接口、音频接口三个部分。电阻触摸显示接口与7寸一线精准电阻触摸显示屏连接，实现Android系统操作界面的显示和触控操作的检测。WiFi、蓝牙、USB摄像头等设备通过与USB HOST接口连接的USB Hub完成基于USB设备的设备扩展。音频部分采用I2S0接口，外接WM8960 CODEC解码芯片，提供声音输入和speaker输出（内置D类功放，能直接连接8Ω1W扬声器）功能。