“設計以恩智浦半導體的LPC2478嵌入式發展系統結合凌陽科技的SPCE061A芯片作為家電的主／副控端及監控系統界面，進而搭配WSN通訊模組的藍牙通訊系統應用在“全方位智能型家電控制”的系統研

前言

面對二十一世紀以人為本的科技發展趨勢，世界先進國家紛紛積極投入智能化生活空間科技之研發，建立健康舒適的環境，提高人們的生活品質與工作效能。本本主要探討人類在步入二十一世紀后在生活中處處引用3C概念所衍生出來一系列的議題。近幾年來，日本與韓國投注大量資源研究數字生活空間且已經有極大成效，臺灣在遠雄建設積極推動“數字城”的概念下也引發了將3C產品應用在平時生活空間的研發上，其內涵包括家庭電器的自動控制、安全系統自動化、門禁系統監控、甚至納入個人醫療保健等議題，也提供產業界另一個明星產業發展的契機。微軟前總裁比爾·蓋茨在“擁抱未來”一書中提到“在未來的五年當中，語音識別、社會界面和高速公路連結器，都將放入主要的應用軟件中。到時候，不論公司或個人都會對那些可提高效率及生產力的新版本趨之若鶩。”這也意味著語音識別技術是未來軟件的三個新興技術之一。

智能型生活空間已經被列為重點發展科技項目之一，智能型生活空間是利用嵌入式系統結合Wireless Sensor Network（WSN）技術應用于人類生活空間中，使生活更便利、舒適。本設計以恩智浦半導體（NXP）的LPC2478嵌入式發展系統結合凌陽科技的SPCE061A芯片作為家電的主/副控端及監控系統界面，進而搭配WSN通訊模組的藍牙通訊系統應用在“全方位智能型家電控制”的系統研發，包括LPC2478嵌入式系統軟、硬件驅動程序設計、LPC2478嵌入式周邊硬件電路開發、SPCE061A芯片語音聲控、音頻壓縮編碼、API函數設定、藍牙無線UART傳輸、藍牙通訊主-從一對多通訊系統技術、家電受控端以單接點及多接點改良設計等。系統功能經實際驗證后效果良好，確實能達到智能型家電與數字家庭控制，產品實用性與創意性極高。

產品設計目的

本產品主要是以LPC2478嵌入式研發系統作為核心，結合LinkMatik2.0藍牙模組構建一套全方位數字家庭人機監控界面，完全取代之前以PC高成本設備，并結合SPCE061A芯片與藍牙模組自行開發智能型家電控制，由于語音聲控具有直接性，將其整合于數字家庭中能夠使人機界面更具有親和力， 所以本設計的目的為下列幾點：

（1） 以LPC2478嵌入式研發系統作為監控服務器;

（2） 以藍牙模組建立智能型系統的相關通訊技術研究;

（3） 以語音識別結構與藍牙進行LPC2478嵌入式人機界面的研究;

（4） 以LPC2478研制嵌入式語音識別及藍牙技術聲音無線感測器。

系統結構

LPC2478嵌入式全方位智能型家電人機監控界面

現代人生活已邁向高科技數字空間，在家中以微控芯片設計的電器產品已很多，雖然有些超級豪宅已有整合性的家電控制，但一般家庭中還是只有一對一遙控的方式，現代嵌入式科技已成熟穩定，市面上以嵌入式系統取代PC結構產品很多，但極度缺乏整合型家電控制界面，本系統將LPC2478嵌入式系統結合LinkMatik2.0藍牙模組構建數字家庭人機監控界面，將與智能型家電達到同步監控，并可通過遠程監控系統PC Anywhere軟件經由網絡連結LPC2478嵌入式系統監控，成為一套整合型數字家庭監控伺服中心，如圖1所示的嵌入式系統基本結構。

本系統主要設計產品為掌上型嵌入式藍牙無線聲控遙控器，此遙控器已將多種電器產品作整合即可達到一對多的遙控，控制方式為觸碰式LCD面板選擇及多普通話聲控方式，可直接通過人的聲音經由藍牙無線聲控遙控器作為室內較遠距離的聲控控制，遙控器可準確辨識使用者的聲音，如果要換其它使用者操控時，只要選取重新錄制聲音鍵，就可以通過語音自動提示來完成新使用者的聲音錄制，達到不因使用者的語音信號不同卻能任何使用者都可以控制的功能。

本產品設計優勢在于目前市面上尚沒有以藍牙作為無線傳輸遙控界面產品，且不用擔心像傳統紅外線傳輸需要對準接收端的方向，以高頻傳輸的藍牙模組來取代低頻的RF射頻，受其它頻率干擾的程度也大幅降低，由于運作頻率高達2.4 GHz，不易造成儀器的干擾，故適合用于家庭、醫院或工廠自動化的情境，并設計家電受控結果回授機制由LCD面板顯示，隨時掌握家電即時狀態。

智能型家電受控端

智能型家電受控端可分為四大類別：

（1）區域型電燈控管系統（客廳、廚房、臥室）;

（2）家庭影音設備系統（DVD播放機、喇叭音量控制、TV/AV頻道影像切換）;

（3）周邊環境家電控制系統（電動窗簾、陽臺遮雨棚）;

（4） DIY智能型安全系統（警報觸動立即通知使用者）。

本系統設計如圖2所示已建成模型屋，內部架設的電器產品有電燈、電視、電動窗簾、DVD播放機、遮雨棚、警報系統，全部都以藍牙無線控制，所有家電均可以使用多功能聲控遙控器（具有自我學習功能）、戶外電話（手機、公共電話、市話），LPC-2478嵌入式人機界面以及遠端網絡遙控。

系統運作功能

本系統運作功能區分為室內與室外控制（如圖3所示），當使用者于室內時可選擇直接聲控、掌上型藍牙聲控無線遙控器、嵌入式監控中心監控，三大系統控制。當使用者身處室內空間且靠近家電時可直接呼喊家電名稱，智能型家電受控端會有語音反應使用者欲控制家電狀態;如果室內空間較大不適宜大聲下達控制命令時，或使用者距離智能型家電距離較遠時，可使用掌上型藍牙聲控無線遙控器，此遙控器又可分為LCD觸控及聲控方式以供選擇。嵌入式監控中心控制方式與掌上型藍牙聲控無線遙控器一樣，差別在于LCD面板大小與設置地點，監控中心設置于靠近門口墻面上，當使用者回來或外出可直接在門口一次控制完畢所有家電狀態。

使用者于戶外時可選擇PC Anywhere遠端監控及電話網絡控制，在有網絡的地點還可直接通過有線及無線網絡來連接家中監控中心，進而操控嵌入式監控人機界面。身處戶外又無網絡地點時，可直接使用市話或隨身手機直接撥打家中電話號碼，并選擇與家電相對應的控制代碼操控，當家電已完成我們預期動作狀態后，會由手機聽筒中聽到語音播報控制結果，達到準確地控制家電。

系統功能設計

掌上型藍牙聲控無線遙控器

操作方式為直接點選LCD面板家電圖示及直接聲控方式操控家電，遙控器經由藍牙傳送控制命令至家電受控端，使用者可以直接對遙控器做語音識別訓練;系統通過語音提示來完成使用者的聲音錄制，并內建普通話、閩南語、英語三種語言提示。如圖4所示為聲控家電硬件結構圖，語音信號輸入后由SPCE061A芯片作語音識別，依辨識結果做其所對應的控制，并且隨即播放語音，提示使用者目前控制動作的狀態，待家電的控制動作完成后，再將反應碼經由藍牙模組傳送至LPC2478嵌入式系統。

如圖5所示，LPC2478以RS232界面經由MAX232轉換IC與藍牙模組做界面整合。如圖6所示為伺服端的界面電路圖，藍牙模組的通訊界面中有一個ESC的控制信號，用來切換模組的命令方式與數據方式，PC端通過DTR的信號控制模組的ESC pin以達到切換方式的目的。藍牙模組的ATN pin于數據方式時，為連線指示信號pin。伺服端經由此信號的狀態判定藍牙連線是否建立。

由于系統大多以語音與使用者互動以提高人機界面的親和力，所以在流程中大多有語音錄制與語音識別訓練的部份。圖7中是SPCE061A語音播放的片段程序，播放語音時必須呼叫此子程序void PlaySnd，進入子程序后必須先停止識別器，不做語音識別動作，并且初始化SACM_S480_Initial函數，函數值若設為1是表示語音設定為自動播放，不須經由外部觸發啟動。另外，呼叫語音播放函數SACM_S480_Play時，SndIndex為欲播放之語音所相對應的段數，DAC_Channel為設定數字轉模擬輸出通道的參數，括號內的值設為3是表示DAC1與DAC2兩個頻道同時播放，以達到雙聲道輸出的效果，SACM_S480_Status函數是用來判別語音是否播放完畢。

智能型家電受控端

依照系統結構圖，遙控器軟件規劃分為聲控及選單式兩大類，家電受控端軟件規劃可依所控制的接點數分為單一接點與多接點兩大類，如圖8所示。

電話網絡控制

任何一部手機都可直接撥打家中電話號碼控制家電，如圖9所示為家電控制代碼，“#”為進入電話控制系統，“*”為離開系統，其余為控制代碼。

電話控制家電系統實體圖以EEPROM存儲器設計存儲使用者輸入欲撥打的電話號碼，并由LCD（16×2）面板顯示，此系統功能有查詢目前輸入號碼、更改已輸入號碼、直接撥號及掛斷電話機制，如同一部家用電話。

DIY自動安全系統

DIY自動安全系統以磁簧開關作為感測器，使用者可自行將感測器連接至窗戶、大門上，并可通過電話控制家電及遠端監控系統啟動警報，當警報觸發時系統會傳送觸發協定碼至電話控制家電系統中，并馬上撥打預設電話告知使用者竊賊入侵，圖10為警報器實體圖。

PC Anywhere遠程監控

應用PC Anywhere軟件作為遠程監控系統控制界面如圖11所示，通過有線及無線網絡來連結家中伺服電腦進而操控上圖之人機界面，使用者無論在公司上班或是在國外都可以通過網絡達到控制。

首先開啟家中伺服電腦的PC Anywhere軟件，選擇黃色框內的被控端并雙擊啟動，再由遠端電腦或者于有無線網絡的區域使用Notebook及PDA啟動PC Anywhere，并選擇框內的遠程遙控，輸入使用者PASSWORD即可連線成功，如圖12所示。

監控中心界面

通過遠程監控連結LPC2478嵌入式監控中心之人機界面控制家電，如圖13所示，直接選取下方OPEN或是CLOSE鈕來控制家電，當家電達到使用者預想的控制狀態后，在家電受控端開關設計感測回路，并將感測到的信息回傳至監控中心，家電受控端會自動反應信號至人機界面，改變顯示在圓圈圖示中的顏色，可用白色圓圈代表“家電未啟動”以及“家電已關閉”的狀態，黃色圓圈代表“家電啟動中，且未完全啟動完畢”的狀態，紅色代表“家電確實啟動完畢”的狀態，顛覆傳統以CCD圖像監控的高成本設計來達到家電控制的效果。

編輯：jq