【正文】 在智能家居實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案中，人機(jī)交互系統(tǒng)是一個(gè)相對(duì)比較獨(dú)立的系統(tǒng)。但它的運(yùn)行即需要其他子系統(tǒng)的支持，同時(shí)也想高級(jí)服務(wù)提供依據(jù)。其中的主要交互設(shè)備有家居機(jī)器人、智能手機(jī)、移動(dòng)平板、智能視機(jī)、健康設(shè)備、遙控器、計(jì)算機(jī)等。1家居機(jī)器人在終端機(jī)器人中主要提供觸摸顯示和語(yǔ)音交互方式，并提供攝像頭擴(kuò)展接口，利于更高層次的開發(fā)。觸摸顯示交互是多媒體技術(shù)交互方式的一種，其依托于7寸觸摸顯示屏進(jìn)行操作界面的實(shí)現(xiàn)和用戶觸摸輸入。目前，在手機(jī)、平板等電子消費(fèi)領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用。其有一個(gè)缺陷是，觸摸顯示屏安放在機(jī)器人的機(jī)體結(jié)構(gòu)中，屬于機(jī)器人的一部分，具體的使用過(guò)程不是特別方便。語(yǔ)音交互是本設(shè)計(jì)中的重要部分，是終端機(jī)器人與其他家電設(shè)備最大的卻別。通過(guò)自然語(yǔ)言交流，一方面用戶可以非常方便的使用機(jī)器人進(jìn)行家庭中各種設(shè)備的控制，另一方面其還能與老人對(duì)話，提供心理慰藉，或者用于幼齡兒童的教學(xué)。終端機(jī)器人中語(yǔ)音交互的方案采用科大訊飛語(yǔ)音云平臺(tái)進(jìn)行高效開發(fā)。語(yǔ)音識(shí)別的過(guò)程為：在本地進(jìn)行語(yǔ)音采集，將采集的信息發(fā)送到語(yǔ)音云端，本地接受來(lái)自云端的識(shí)別結(jié)果在，然后進(jìn)行智能處理；語(yǔ)音合成的過(guò)程為：將要合成的文本發(fā)送到語(yǔ)音云端，云端將語(yǔ)音信息返回到本地進(jìn)行播放。科大訊飛云平臺(tái)只是提供具體的識(shí)別和合成，而怎么讓語(yǔ)音識(shí)別更智能化則需要進(jìn)一步的研究。電子芯片技術(shù)的飛越發(fā)展，CPU處理核心的處理和運(yùn)算性能越來(lái)越強(qiáng)?；谧畲蠡肅PU能力、減少成本和降低系統(tǒng)能耗的思想，本設(shè)計(jì)采用單處理核心，由CortexA8（S5PV210）統(tǒng)籌系統(tǒng)的所有外設(shè)，進(jìn)行設(shè)備控制和信息采集。對(duì)于外部設(shè)備，設(shè)備本身復(fù)雜程度以及傳輸方式、傳輸速率上均有不同，因此在對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行選型時(shí)盡量減少設(shè)備種類的復(fù)雜程度。系統(tǒng)框架中定義了2種設(shè)備總線：USB總線和IO數(shù)據(jù)總線。A href=手持終端/AUSB總線用于數(shù)據(jù)傳輸量大、傳輸速率高的復(fù)雜設(shè)備，IO數(shù)據(jù)總線則對(duì)應(yīng)傳輸速率低的簡(jiǎn)單設(shè)備。USB總線采用Hub的形式進(jìn)行多設(shè)備擴(kuò)展。IO數(shù)據(jù)總線則采用抽象化和模塊化思想設(shè)計(jì)，建立單獨(dú)的底層擴(kuò)展系統(tǒng)，規(guī)范相應(yīng)設(shè)備接口。系統(tǒng)從總線的角度出發(fā)，將硬件分為2部分：底層擴(kuò)展系統(tǒng)和上層CortexA8平臺(tái)。底層擴(kuò)展系統(tǒng)主要用于傳感器數(shù)據(jù)采集、機(jī)器人動(dòng)力系統(tǒng)控制以及情感控制，設(shè)備的類型和控制較為簡(jiǎn)單。而上層CortexA8平臺(tái)則是在核心控制器的基礎(chǔ)上搭載觸摸顯示屏、用戶按鍵接口、音頻輸出以及USB類的攝像頭、WiFi適配器、藍(lán)牙適配器。整體的硬件架構(gòu)如圖1圖1 CortexA8與S5PV210 ARM CortexA8 處理器是基于ARMv7A體系結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)主要面向高性能和低功耗。目前，其突出的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)得到了市場(chǎng)的認(rèn)可，在智能手機(jī)、機(jī)頂盒、數(shù)字電視、打印機(jī)等終端設(shè)備中具有廣泛的應(yīng)用。CortexA8處理器的主要特點(diǎn)如下：1）128 位SIMD 引擎支持高性能媒體處理（NEON）；2）優(yōu)化的1 級(jí)高速緩存和集成的2 級(jí)高速緩存；4）Thumb2 技術(shù)，提高性能并節(jié)省指令存儲(chǔ)空間；5）動(dòng)態(tài)分支預(yù)測(cè)，降低分支錯(cuò)誤預(yù)測(cè)的危害；6）完整的內(nèi)存管理單元（MMU）；7）JazelleRCT技術(shù)優(yōu)化即時(shí)生產(chǎn)(JIT) 和動(dòng)態(tài)自適應(yīng)編譯(DAC)；8）高功效和高性能的內(nèi)存系統(tǒng)；Mini210s開發(fā)板以CortexA8的S5PV210為核心控制器。S5VP210是一款高效率、高性能、低功耗的32為RISC處理器，其適用于智能手機(jī)和平板電腦等智能終端。S5PV210在CortexA8的基礎(chǔ)上拓展了多媒體方面的性能，其包含很多強(qiáng)大的硬件編解碼功能，內(nèi)置MFC（Multi Format Codec）、高性能PowerVR SGX540 3D圖形引擎和2D圖形引擎、IVA3硬件加速器、。S5PV210采用584引腳的FCFBGA封裝，具有豐富的外圍接口如TFT LCD控制器、攝像頭接口、MIPI DSI、ATA接口、UART、24通道DMA、定時(shí)器、A href=手持機(jī)/A GPIO、USB Host 、USB OTG等。S5PV210同時(shí)具有豐富的高質(zhì)量的外部存儲(chǔ)接口，其DRAM支持LPDDRDDRLPDDR2，F(xiàn)lash/ROM支持NAND Flash、NORFlash、SRAM等。S5PV210芯片結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。圖2 S5PV210芯片結(jié)構(gòu)圖 Mini210s開發(fā)平臺(tái)Mini210s是一款高性能高性價(jià)比的CortexA8開發(fā)板，搭載三星S5PV210處理器，運(yùn)行主頻可高達(dá)1GHz，同時(shí)集成PowerVR SGX540高性能圖形引擎。A href=工業(yè)PDA/A Mini210s開發(fā)板配備了512M DDR2內(nèi)存和4G MLC NAND Flash，其外部應(yīng)用接口非常豐富如WM8960音頻芯片、miniHDMI高清輸出、CMOS攝像頭、SDIO、矩陣鍵盤等接口（詳見圖415），其電源電路也支持低功耗待機(jī)省電模式。 kernel源碼，方便用戶進(jìn)行二次開發(fā)。同時(shí)其還提供方便易使用的開發(fā)板燒寫工具Superboot，縮短了系統(tǒng)開發(fā)周期。根據(jù)終端系統(tǒng)功能設(shè)定要求，Mini210s開發(fā)板的板載資源主要使用電阻觸摸顯示、USB OTG接口、音頻接口三個(gè)部分。電阻觸摸顯示接口與7寸一線精準(zhǔn)電阻觸摸顯示屏連接，實(shí)現(xiàn)Android系統(tǒng)操作界面的顯示和觸控操作的檢測(cè)。WiFi、藍(lán)牙、USB攝像頭等設(shè)備通過(guò)與USB HOST接口連接的USB Hub完成基于USB設(shè)備的設(shè)備擴(kuò)展。音頻部分采用I2S0接口，外接WM8960 CODEC解碼芯片，提供聲音輸入和speaker輸出（內(nèi)置D類功放，能直接連接8Ω1W揚(yáng)聲器）功能。圖3 Mini210s接口布局 機(jī)器人動(dòng)作及情感表達(dá)圖4 小優(yōu)機(jī)器人的動(dòng)作和情感是其與其他家居設(shè)備的最重要的區(qū)別，能夠?qū)崿F(xiàn)更好的人機(jī)交互模式。機(jī)器人的動(dòng)作主要包括2類，機(jī)器人的正常行走和頭部運(yùn)動(dòng)。行走控制是在2輪輪系結(jié)構(gòu)上通過(guò)控制直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)，機(jī)器人可以靈活地進(jìn)行前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)等動(dòng)作。頭部運(yùn)動(dòng)主要包含了抬頭和扭頭的動(dòng)作，2個(gè)自由度均通過(guò)直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)。機(jī)器人相關(guān)動(dòng)作作為服務(wù)發(fā)布到智能家居服務(wù)網(wǎng)關(guān)，其他終端可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)或者直接網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的動(dòng)作控制。機(jī)器人的情感表達(dá)是機(jī)器人智能性的核心體現(xiàn)。其表現(xiàn)途徑主要有三個(gè)方面：LED情感輸出、機(jī)械動(dòng)作以及語(yǔ)音，通過(guò)三者的結(jié)合向用戶立體地呈現(xiàn)了具體情感。 網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)的核心基礎(chǔ)之一，是物聯(lián)網(wǎng)終端的基本特征。物聯(lián)網(wǎng)終端工作的環(huán)境為一個(gè)家庭，其面積通常在幾十到幾百個(gè)平方米，因此在選擇通信介質(zhì)時(shí)需要選擇覆蓋面積較大、信號(hào)穿透力強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)通信方式。再則該終端在家庭中大多數(shù)情況出于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通信介質(zhì)應(yīng)選取無(wú)線類型的。目前，消費(fèi)市場(chǎng)流行的短距離無(wú)線通信方式主要有藍(lán)牙和WiFi。 ISM頻段，有效解決了移動(dòng)終端設(shè)備之間以及與Internet的通信。一般藍(lán)牙技術(shù)的有效通信距離為10m。WiFi的有效通信距離則在幾十米，發(fā)射功率足夠大的情況下能達(dá)到100m以上，足夠覆蓋整個(gè)家庭環(huán)境。另外，藍(lán)牙的傳輸速率較低，如果處理視頻類的數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)出現(xiàn)延遲問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)中使用WiFi作為機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)，連接局域網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)。為了方便WiFi模塊的驅(qū)動(dòng)移植，設(shè)計(jì)中選擇的USB接口WiFi模塊EDUP EP8508GS。其采用REALTEK8188cus芯片，傳輸速率高達(dá)150Mbps，內(nèi)置高精密天線，傳輸穩(wěn)定。另外，藍(lán)牙通信在智能設(shè)備如手機(jī)、醫(yī)療健康類設(shè)備等中應(yīng)用廣泛，為了支持此類設(shè)備，終端系統(tǒng)使用USB接口的藍(lán)牙適配器提供藍(lán)牙通信通道。 智能家居應(yīng)用在具體的家居環(huán)境中，物聯(lián)網(wǎng)終端一方面作為設(shè)備對(duì)外發(fā)