桂林電子科技大學信息科技學院 唐 力 歐少敏 韓桂明 蒙國棟 唐慧敏 劉蘇芮

本文是基于嵌入式Linux的家庭管理系統(tǒng)，使用STM32F407作為家居控制系統(tǒng)的主控，利用各類傳感器通過TFT進行信息顯示；報警系統(tǒng)研究的主要是危險氣體，火焰報警等；實時環(huán)境檢測系統(tǒng)研究對溫濕度、危險氣體的實時檢測，達到對家庭環(huán)境的整體把控；實時監(jiān)控系統(tǒng)研究把攝像畫面?zhèn)骰豍C機或移動端，實現(xiàn)實時防盜跟蹤；語音交互系統(tǒng)通過主控把采集到的語音數(shù)據(jù)進行識別，并通過云端大數(shù)據(jù)對語義進行分析，同時主控對相應的語義做出相應的應答，并利用人聲來做出相應的回答，給用戶達到一個極致的用戶體驗；無線供電系統(tǒng)把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，加以利用自然力量，讓其達到一個環(huán)保要求；采用ST官方下的Emewin控件進行圖形化界面設計，使界面更加多樣，效果更加絢麗；家庭娛樂系統(tǒng)使用相關音樂芯片和電路設計以及功放電路等，設計出具有MP3播放的功能；采用嵌入式系統(tǒng)和攝像頭進行人臉識別開門，利用掃描人臉識別，再經(jīng)過程序的運算，實現(xiàn)開鎖功能，從而節(jié)省時間和帶來便利。

1 整體方案設計

本文設計主要有兩層部分，分別為上層和下層，上層電路主要是以樹莓派為核心器件，通過攝像頭進行一個視頻監(jiān)控和視頻回傳的效果，通過云端數(shù)據(jù)API接口進行一個語音交互，通過UART與下層進行通信。下層電路主要是以STM32F4單片機進行整個系統(tǒng)的主控，STM32通過與外圍相關器件進行實時通信，如溫濕度傳感器、顯示器、無線供電、圖形化界面設計等，整體設計框架如圖1所示。

圖1 整體設計框圖

2 主要功能實現(xiàn)原理

2.1 STemwin界面設計原理

StemWin是STM32單片機系統(tǒng)中最常用的界面設計控件，通過Emwin官方提供的控件進行相關圖標配置和背景界面的配置，把配置好的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成C文件，最后移植到STM32F4MCU中，通過相關程序的配置實現(xiàn)界面與STM32硬件通信的完美結合，在整個Emwin編程中，加以UCOSIII嵌入式操作系，讓整個界面設計不僅有美觀性，還具有操作性，實現(xiàn)界面與控制的相互配合。如圖2所示。

圖2 Stemwin界面設計框圖

2.2 語音交互系統(tǒng)實現(xiàn)原理

對于語音交互系統(tǒng)，它的核心技術是利用了云端自然語言處理技術，語音合成等現(xiàn)有方案，因此本設計主要將精力用在云端自然語言處理技術的研發(fā)上。

語音識別與語音合成SDK有：科大訊飛、百度語音、Google等等。經(jīng)過不斷的實測，發(fā)現(xiàn)比較好用的SDK是百度公司提供的語言處理技術。我們的家庭管理語音交互系統(tǒng)是通過百度服務器API接口與圖靈服務器API接口連接，主控能對采集的語音數(shù)據(jù)進行識別，通過云端大數(shù)據(jù)對語義進行分析，同時主控對相應的語義做出相應的應答的過程，并且還可以通過識別的語義對家庭電器進行控制。如圖3所示。

圖3 語音交互框圖

2.3 人臉識別實現(xiàn)原理

人臉識別技術是當今許多行業(yè)的主流技術，是基于人的臉部特征，對輸入的人臉圖像進行一個二進制的轉(zhuǎn)換或者是視頻流數(shù)據(jù)的采集。首先需要判斷其是否存在人臉，如果有人臉，就需要進一步的定位到每個人臉的位置、大小及每個主要面部器官的相應位置信息。通過獲取的這些信息，再進一步地提取每個人臉中蘊涵的身份特征，并將其與已知的人臉數(shù)據(jù)庫進行對比，從而識別每個人臉所特有的身份特征信息，最后再通過串口與STM32進行通信，從而實現(xiàn)人臉識別的門禁系統(tǒng)。整個人臉識別設計的流程圖如圖4所示。

圖4 人臉識別門禁系統(tǒng)流程圖

結論：智能時代的到來，電子科技不斷改變了人類的生活，如今越來越多的行業(yè)領域都應用到了智能管理系統(tǒng)，智能家居也已經(jīng)成為了當今一個流行的話題和研究方向，而基于嵌入式Linux的家庭管理系統(tǒng)的提出，更是順應了今天市場的需求，給人們生活帶來了便利。

該項目的設計給當今科技的家居系統(tǒng)的研發(fā)奠定了良好的基礎和提供了良好的平臺?；谇度胧絃inux家庭管理系統(tǒng)不僅具有特色，創(chuàng)新點，也有著廣泛的應用前景，也是當代大學生從事嵌入式系統(tǒng)的研究、人工智能的開發(fā)、智能家庭管理系統(tǒng)的一種體現(xiàn)。