北斗全頻系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)智控終端中的應用

梁嘉智

摘 要：為了研究北斗全頻系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)智控終端設備的智能代理程序，實現(xiàn)終端智能代理程序之間通訊、協(xié)作和根據(jù)用戶要求準確響應等功能。文中為終端工作模式和環(huán)境建立了嚴謹?shù)奈锢砟Ｐ?，設計了終端信息同步化算法。基于北斗全頻通訊系統(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)的實現(xiàn)。采用MTK的6735ARM架構(gòu)Android系統(tǒng)開發(fā)平臺、智能代理程序、液晶顯示屏LCD12864、語音控制系統(tǒng)實現(xiàn)實時顯示當前所在位置的經(jīng)緯度、時間、圖像、視頻信息和語音通話等功能。仿真實驗和硬件調(diào)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)圖像信息顯示和語音報告目前經(jīng)緯度、時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：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）10-00-03

0 引 言

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)即將成為全球除GPS（美國）、格洛納斯（俄羅斯）、伽利略（歐盟）之外的第四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導航系統(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)及制造市場目前基本被國外技術(shù)巨頭滲透，形成了所謂的“雙?；毙酒袌?，即要求芯片同時支持北斗和GPS，這與國家大力扶持北斗全本土化應用的初衷大相徑庭。而國內(nèi)芯片廠商看不到除了“雙?；钡钠渌腥胧袌龅臋C會。本項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，推動民族芯片產(chǎn)業(yè)及北斗終端設備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

本項目研究的另一個意義在于推進北斗終端的“智能化”研發(fā)。這一趨勢符合行業(yè)中長遠行業(yè)發(fā)展的趨勢。眾所周知，未來的人工智能將趨向通過底層硬件架構(gòu)的變革來實現(xiàn)。因此，未來10年計算機科學的關(guān)注點將會轉(zhuǎn)移到如何突破現(xiàn)階段的計算能力極限，即顛覆原有的硬件架構(gòu)。這個方向可能是人工智能在硬件設備上的一個終極解決方案，主要涵蓋以下幾個方面：

（1）未來的人工智能將致力于通過底層硬件架構(gòu)的變革來實現(xiàn)。不同于現(xiàn)階段底層對云計算的依賴，硬件模式將直接從芯片層面實現(xiàn)對人工神經(jīng)網(wǎng)絡的模擬，目標是構(gòu)建一個硬件大腦；

（2）未來的智能硬件多數(shù)都擁有一定終端計算存儲和處理能力的標準化硬件配置，通過網(wǎng)絡連通中層智控技術(shù)，實現(xiàn)不同的智控應用。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滿足用戶不同的需求；

（3）在通往通用智能的路上，強大的信息采集功能是未來智能硬件的必備條件。移動互聯(lián)時代主要采集的類型局限于文字、圖像、語音、視頻和LBS等，感知技術(shù)的發(fā)展是信息采集能力的瓶頸。現(xiàn)有傳感器已開始采集重力感應、壓力感應等“聽”和“看”以外的信息，未來感知能力的提升會讓智能硬件技術(shù)出現(xiàn)顛覆性科技創(chuàng)新。

本項目提及的“智控終端”正是迎合大數(shù)據(jù) “硬件智能化”的一次嘗試，而且應用在日臻成熟的北斗終端設備上，理論和現(xiàn)實意義都十分重大。首先，本項目是采用我國自行研發(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、實現(xiàn)終端技術(shù)研發(fā)的一次全新嘗試。通過計算、自主控制和聯(lián)網(wǎng)，人、機器和信息能夠互相聯(lián)接，融為一體，即可實現(xiàn)通信又可構(gòu)建高性能對等網(wǎng)，為終端用戶帶來全新的服務體驗。此外，此項目技術(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 “人工智能”實際開發(fā)應用、延伸和擴展。

1 北斗全頻物聯(lián)網(wǎng)智控終端系統(tǒng)設計方案

本課題設計的關(guān)鍵技術(shù)點在于把復雜的事情簡化，生成智能硬件產(chǎn)品，便于市場推廣。項目的核心技術(shù)在于不影響車身原有性能，無需改裝，本著只讀不寫，只聽不控的原則，在設備端開發(fā)依賴實時更新的系統(tǒng)“周邊”數(shù)據(jù)，項目關(guān)鍵技術(shù)點如下：

（1）芯片的嵌入式擴展部分及流式數(shù)據(jù)驅(qū)動部分；

（2）終端操作系統(tǒng)及應用軟件部分；

（3）云平臺（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)度算法的實現(xiàn)?？蛻舳丝梢越尤牖ヂ?lián)網(wǎng)（在設備連接可用的情況下），與云架構(gòu)形成握手。

此外，本項目涉及的云架構(gòu)包括用于服務各式用戶終端的用戶云（支持用戶通過手機、PC和iPad進行互動）和用于開放北斗終端互動功能的衛(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，以客戶端的方式進行軟件模塊的實現(xiàn)。同時，用戶云架構(gòu)也包含了來自終端智能計算相關(guān)服務請求的軟件實現(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)設計

2.1 北斗全頻模塊用戶請求服務模式

本課題將“周邊”同質(zhì)終端及POI數(shù)據(jù)進行優(yōu)化存儲，通過嵌入式系統(tǒng)及快速內(nèi)存建立用于智能代理運行的環(huán)境數(shù)據(jù)庫；隨著終端的移動，該數(shù)據(jù)庫進行周邊通訊，而這種通訊可由北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)直接提供支持。同時，Android操作系統(tǒng)為智能代理程序提供了強大的運行平臺。代理程序?qū)ν饨邮諄碜杂脩艉推渌悄芙K端的服務要求，自主計算出響應用戶服務請求所涉及的方案。

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

2.2 語音報送模塊電路設計

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立按鍵模式和SPI控制模式。芯片內(nèi)由存儲管理系統(tǒng)來管理多段語音，在獨立按鍵模式下也能進行多段語音錄放。此芯片內(nèi)有振蕩器，可通過外部電阻來調(diào)節(jié)其振蕩頻率；還帶有自動增益控制（AGC）的話筒運放，模擬線路輸入，抗鋸齒濾波器，多級存儲陣列，平滑濾波器，音量控制，直接驅(qū)動喇叭的PWM輸出與接外部功放的電流/電壓輸出。

芯片有兩路獨立的語音信號輸入通道，即話筒輸入與模擬信號輸入。在獨立按鍵模式下，當某功能操作完成后芯片會自動進入掉電模式來降低功耗。在SPI模式下，用戶可對芯片進行更多功能操作。語音報送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)實踐測試，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錄入方式進行錄音。MISO、MOSI、SS與單片機的P2.2～P2.0連接，CLK與單片機的P2.4連接，ROSC與80 kΩ電阻連接后接地，采樣頻率為8 kHz；VOL與一個按鍵連接后接地，可調(diào)音量，AGC端口啟用，增益自動可調(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，但功率大一些的喇叭必須要經(jīng)過功率放大電路才可以帶動。DP2為LED指示燈，在錄放音時會閃爍。

3 北斗全頻物聯(lián)網(wǎng)智控終端系統(tǒng)軟件設計

3.1 LCD12864液晶屏設計

LCD12864液晶設計流程圖如圖4所示。該程序主要完成液晶的驅(qū)動（驅(qū)動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)開機顯示，系統(tǒng)工作時的實時狀態(tài)顯示及各顯示界面的切換等功能。

3.2 ISD1730語音報送程序流程圖

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程類似，都可用一個流程圖表示。ISD1730語音報送程序流程圖如圖5所示。

4 結(jié) 語

本文主要研究北斗全頻的定位原理與技術(shù)，單片機編程及其應用，液晶屏功能及其實現(xiàn)方法，以及語音系統(tǒng)及其功能應用。對此制作了一套設計方案，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)開發(fā)平臺、液晶顯示屏LCD12864、語音芯片ISD1730、智能代理程序設計了一款可實時顯示當前所在位置經(jīng)緯度等信息，并語音報告目前經(jīng)緯度的應用系統(tǒng)。通過設計，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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