楊國精

廈門狄耐克智能科技股份有限公司 福建 廈門 361000

0 引言

隨著智能家居技術(shù)的不斷發(fā)展，智能家居逐漸走進(jìn)到人們的生活中。普通的CAN總線智能家居往往一個控制面板配套控制一個設(shè)備子系統(tǒng)，如燈光面板控制燈光設(shè)備，窗簾面板控制窗簾設(shè)備，新風(fēng)面板控制新風(fēng)設(shè)備等。由于智能家居系統(tǒng)通常由各種設(shè)備構(gòu)成，從而造成控制面板種類及數(shù)量繁多，施工復(fù)雜又影響美觀。

本設(shè)計的多功能智能家居面板，采用4寸TFT液晶屏直接顯示各種控制面板的功能界面，如燈光面板、窗簾面板、新風(fēng)面板等。同時使用4寸電容觸摸屏，通過觸控UI控制界面便可控制相應(yīng)設(shè)備。一個多功能智能家居面板就可替代各種功能控制面板，既美觀又施工方便，可節(jié)約工程施工成本。多功能智能家居面板具有WIFI、藍(lán)牙功能，可通過手機(jī)APP進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。采用AI語音識別技術(shù)，無需人們站在家居控制面板前進(jìn)行操作控制，只需通過語音指令便可控制智能家居設(shè)備，突破傳統(tǒng)的控制方式，增加用戶使用的便捷性。

1 智能家居系統(tǒng)圖對比

1.1 使用普通控制面板智能家居系統(tǒng)圖

圖1為普通CAN總線控制面板智能家居系統(tǒng)圖，一種控制面板專門用于控制一種設(shè)備類型，燈光面板控制燈光設(shè)備，窗簾面板控制窗簾設(shè)備，調(diào)光面板控制調(diào)光燈，新風(fēng)面板控制新風(fēng)設(shè)備，空調(diào)面板控制空調(diào)設(shè)備等。各種控制面板都需安裝于墻面上，且智能家居系統(tǒng)設(shè)備種類繁多，影響用戶裝修的美觀性，施工復(fù)雜、人工成本高。

圖1 普通控制面板智能家居系統(tǒng)圖

1.2 使用多功能智能家居面板智能家居系統(tǒng)圖

圖2為使用多功能智能家居面板系統(tǒng)圖，多功能智能面板通過液晶屏顯示各種設(shè)備的控制界面，墻面上只需安裝一個多功能智能面板，通過觸摸控制相應(yīng)設(shè)備的UI界面便可控制相應(yīng)的設(shè)備。同時采用標(biāo)準(zhǔn)86盒尺寸設(shè)計，工程上可直接進(jìn)行替代普通家居控制面板，裝修美觀，施工布線簡單并可節(jié)約人工成本。

圖2 多功能智能家居面板系統(tǒng)圖

2 多功能智能家居面板電路設(shè)計

2.1 電路框圖 多功能智能家居面板由CPU、SPI NAND FLASH、液晶顯示屏、觸摸屏、電源管理電路、WIFI&藍(lán)牙模塊、MCU電路、CAN通訊電路、語音識別電路等組成。

2.1.1 CPU、SPI NAND FLASH CPU采用全志V3S方案，具有功耗低、性價比高等優(yōu)點(diǎn)。V3S采用ARM Cortex-A7處理器，芯片內(nèi)部自帶64 MB DRAM內(nèi)存，只需外置一個SPI Nand flash便可構(gòu)成最小系統(tǒng)。提供3路UART接口、2路TWI接口，支持最大分辨率1024x768 RGB/LVDS液晶屏，支持Android-lite、Linux操作系統(tǒng)。CPU主要用于液晶屏、觸摸屏的控制及UI界面控制數(shù)據(jù)處理及傳輸。

SPI NAND FLASH使用華邦W25N01GVZEIG存儲器，具有128M-byte存儲容量，具有65536個可編程頁，每個頁2048字節(jié)。支持標(biāo)準(zhǔn)串行外設(shè)接口、雙/四I/O SPI，SPI時鐘頻率高達(dá)104MHz。主要用于V3S的程序存儲、UI界面及控制數(shù)據(jù)存儲。V3S與SPI NAND FLASH連接如圖4所示。

圖3 多功能智能家居面板電路框圖

圖4 V3S與SPI NAND FLASH連接圖

2.1.2 液晶顯示屏、觸摸屏 液晶顯示屏使用4寸TFT液晶屏，具有720*720分辨率，V3S通過控制液晶屏顯示燈光面板、窗簾面板、調(diào)光面板、新風(fēng)面板等各種功能面板UI界面。

觸摸屏采用敦泰科技電容式觸摸控制器FT6336U，內(nèi)置16位增強(qiáng)微控制器單元(MCU)。支持單點(diǎn)觸摸、手勢觸摸或雙點(diǎn)觸摸，用于各種顯示界面的觸摸控制。

V3S通過RGB接口與液晶顯示屏進(jìn)行連接，通過I2C接口與觸摸屏進(jìn)行連接，如圖5所示。

圖5 V3S與液晶屏、觸摸屏連接圖

2.1.3 電源管理電路 電源管理電路采用全志AXP203電源管理芯片，具有2路DCDC降壓控制器、5路LDO穩(wěn)壓器，電壓/電流/溫度等多路12-Bit ADC。AXP203具有過/欠壓(OVP/UVP)、過溫(OTP)、過流(OCP)等保護(hù)電路，提高了電源系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性。

AXP203還提供了一個I2C接口用于與V3S進(jìn)行通訊，V3S通過I2C接口可以打開或關(guān)閉電源輸出，設(shè)置輸出電壓值，訪問寄存器和多種測量數(shù)據(jù)。

AXP203主要為V3S、NAND FLASH、液晶屏、觸摸屏等進(jìn)行供電，如圖6所示。

圖6 AXP203供電圖

2.1.4 WIFI&藍(lán)牙模塊 WIFI&藍(lán)牙模塊采用正基科技的WiFi、藍(lán)牙二合一模塊AP6236，手機(jī)通過WIFI或者藍(lán)牙便可實(shí)現(xiàn)對智能家居設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。WiFi電路通過SDIO接口與V3S通訊，藍(lán)牙電路通過UART流控制接口與V3S通訊，如圖7所示。

圖7 V3S與AP6236連接圖

2.1.5 MCU電路、CAN通訊電路 由于V3S本身沒有CAN通訊接口，使用STM32F042F32進(jìn)行接口擴(kuò)展，其具有兩個UART接口、1個CAN接口，采用TSSOP20封裝。

CAN總線通訊采用ATA6561芯片，通訊速率可以達(dá)到5Mbits/s，通訊實(shí)時性強(qiáng)，具有短路和過熱保護(hù)功能。

圖8 V3S、STM32F042F32、ATA6561連接圖

如圖8所示，V3S與STM32F042F32通過UART接口連接，STM32F042F32通過CAN接口與ATA6561連接。數(shù)據(jù)發(fā)送時，V3S通過UART1接口將數(shù)據(jù)發(fā)送給MCU，MCU將接收到的數(shù)據(jù)通過CAN接口送至ATA6561并傳輸?shù)紺AN總線上。數(shù)據(jù)接收時，ATA6561將CAN總線上接收的數(shù)據(jù)傳輸?shù)組CU，MCU再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絍3S進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2.1.6 語音識別電路 語音識別使用啟英泰倫的CI1103芯片，芯片內(nèi)置腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器及語音加速傳感器，具有160 MHz的主頻，UART、I2C等多種通訊接口，支持本地離線語音識別，用戶在無需連接外網(wǎng)的情況下便可進(jìn)行語音控制。

用戶通過喚醒詞喚醒設(shè)備后，可通過“動作+地點(diǎn)+設(shè)備”的方式進(jìn)行控制，如通過語音“小狄，小狄”進(jìn)行喚醒，智能面板會播報語音“我在”提示喚醒成功，通過語音“打開臥室臺燈”，CI1103采集語音并通過算法解析出“打開臥室臺燈”命令后通過UART接口傳輸給CPU V3S，V3S根據(jù)傳輸?shù)拿羁刂葡鄳?yīng)的設(shè)備進(jìn)行動作，設(shè)備執(zhí)行動作完成后播放“臥室臺燈已打開”提示音。

3 結(jié)束語

本設(shè)計的CAN總線多功能智能家居面板采用標(biāo)準(zhǔn)的86盒尺寸，可直接替代普通的各種智能家居控制面板，解決智能家居控制面板種類繁多既影響美觀又施工復(fù)雜的痛點(diǎn)，裝修既簡約又美觀，施工布線簡單，可節(jié)約工程施工成本。采用AI語音識別技術(shù)，通過語音指令便可控制智能家居設(shè)備，突破傳統(tǒng)的控制方式，更加智能化、人性化，增加使用的便捷性。