北斗全頻系統在物聯網智控終端中的應用

梁嘉智

摘 要：為了研究北斗全頻系統在物聯網智控終端設備的智能代理程序，實現終端智能代理程序之間通訊、協作和根據用戶要求準確響應等功能。文中為終端工作模式和環境建立了嚴謹的物理模型，設計了終端信息同步化算法。基于北斗全頻通訊系統，以軟硬件相結合的方式完成北斗通訊數據接收和顯示，及播音系統的實現。采用MTK的6735ARM架構Android系統開發平臺、智能代理程序、液晶顯示屏LCD12864、語音控制系統實現實時顯示當前所在位置的經緯度、時間、圖像、視頻信息和語音通話等功能。仿真實驗和硬件調試結果表明，該系統可以實現圖像信息顯示和語音報告目前經緯度、時間和地理位置等信息。系統工作正常，可以滿足北斗全頻系統在物聯網智控終端中的用戶需求。

關鍵詞：北斗全頻；物聯網；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

北斗衛星導航系統即將成為全球除GPS（美國）、格洛納斯（俄羅斯）、伽利略（歐盟）之外的第四大衛星導航系統。北斗衛星導航系統具有非常高的戰略意義，配套產業的發展迫在眉睫。但遺憾的是，基于北斗的芯片研發及制造市場目前基本被國外技術巨頭滲透，形成了所謂的“雙模化”芯片市場，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。而國內芯片廠商看不到除了“雙模化”的其他切入市場的機會。本項目提出了新型北斗智控終端思路，融合感知系統、數據模型，加大RDSS與產業的整合，推動民族芯片產業及北斗終端設備產業的發展。

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。這一趨勢符合行業中長遠行業發展的趨勢。眾所周知，未來的人工智能將趨向通過底層硬件架構的變革來實現。因此，未來10年計算機科學的關注點將會轉移到如何突破現階段的計算能力極限，即顛覆原有的硬件架構。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的變革來實現。不同于現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對人工神經網絡的模擬，目標是構建一個硬件大腦；

（2）未來的智能硬件多數都擁有一定終端計算存儲和處理能力的標準化硬件配置，通過網絡連通中層智控技術，實現不同的智控應用。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，感知技術的發展是信息采集能力的瓶頸。現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出現顛覆性科技創新。

本項目提及的“智控終端”正是迎合大數據 “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，理論和現實意義都十分重大。首先，本項目是采用我國自行研發的北斗衛星RDSS定位系統構建的具有智能代理（Intelligent Agent）功能、實現終端技術研發的一次全新嘗試。通過計算、自主控制和聯網，人、機器和信息能夠互相聯接，融為一體，即可實現通信又可構建高性能對等網，為終端用戶帶來全新的服務體驗。此外，此項目技術可以優化物聯網行業解決方案，提高物聯網行業公共資源整合，推動 “人工智能”實際開發應用、延伸和擴展。

1 北斗全頻物聯網智控終端系統設計方案

本課題設計的關鍵技術點在于把復雜的事情簡化，生成智能硬件產品，便于市場推廣。項目的核心技術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，在設備端開發依賴實時更新的系統“周邊”數據，項目關鍵技術點如下：

（1）芯片的嵌入式擴展部分及流式數據驅動部分；

（2）終端操作系統及應用軟件部分；

（3）云平臺（包含衛星基礎云和用戶云）。

體系涉及方案符合北斗衛星通訊規范。北斗芯片獲取的數據被嵌入式系統捕獲并緩存，用于智能調度算法的實現。客戶端可以接入互聯網（在設備連接可用的情況下），與云架構形成握手。

此外，本項目涉及的云架構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星云（衛星云打通了北斗終端通訊和互聯網的宏觀數據流向）。而調度及智能系統主要在終端，以客戶端的方式進行軟件模塊的實現。同時，用戶云架構也包含了來自終端智能計算相關服務請求的軟件實現。北斗全頻物聯網智控終端系統結構框圖如圖1所示。

2 北斗全頻物聯網智控終端系統設計

2.1 北斗全頻模塊用戶請求服務模式

本課題將“周邊”同質終端及POI數據進行優化存儲，通過嵌入式系統及快速內存建立用于智能代理運行的環境數據庫；隨著終端的移動，該數據庫進行周邊通訊，而這種通訊可由北斗衛星導航系統直接提供支持。同時，Android操作系統為智能代理程序提供了強大的運行平臺。代理程序對外接收來自用戶和其他智能終端的服務要求，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，環境庫的數據結構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分為基礎。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間調節，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。芯片內由存儲管理系統來管理多段語音，在獨立按鍵模式下也能進行多段語音錄放。此芯片內有振蕩器，可通過外部電阻來調節其振蕩頻率；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，圖片右側的MIC電路部分經實踐測試，音質不好，所以棄用，由于所選芯片為ISD1730，內存足夠，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，可調音量，AGC端口啟用，增益自動可調，SP-、SP+與喇叭直接相連，不經功率放大等環節，本課題使用5 Ω、0.8 W的喇叭可以正常驅動，但功率大一些的喇叭必須要經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 北斗全頻物聯網智控終端系統軟件設計

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動（驅動中主要是液晶的讀忙函數、讀寫數據函數、清屏函數、初始化函數），系統開機顯示，系統工作時的實時狀態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 語

本文主要研究北斗全頻的定位原理與技術，單片機編程及其應用，液晶屏功能及其實現方法，以及語音系統及其功能應用。對此制作了一套設計方案，以軟硬件相結合的方式完成北斗數據接收智能調度和顯示以及播音功能。本課題采用MTK的6735 ARM架構Android系統開發平臺、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緯度等信息，并語音報告目前經緯度的應用系統。通過設計，編程，調試，該智能代理程序系統工作正常，可以滿足課題要求。

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