嵌入式Linux的家庭管理系統

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，使用STM32F407作為家居控制系統的主控，利用各類傳感器通過TFT進行信息顯示；報警系統研究的主要是危險氣體，火焰報警等；實時環境檢測系統研究對溫濕度、危險氣體的實時檢測，達到對家庭環境的整體把控；實時監控系統研究把攝像畫面傳回PC機或移動端，實現實時防盜跟蹤；語音交互系統通過主控把采集到的語音數據進行識別，并通過云端大數據對語義進行分析，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；無線供電系統把太陽能轉化為電能，加以利用自然力量，讓其達到一個環保要求；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；采用嵌入式系統和攝像頭進行人臉識別開門，利用掃描人臉識別，再經過程序的運算，實現開鎖功能，從而節省時間和帶來便利。

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控和視頻回傳的效果，通過云端數據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 主要功能實現原理

2.1 STemwin界面設計原理

StemWin是STM32單片機系統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，把配置好的數據轉換成C文件，最后移植到STM32F4MCU中，通過相關程序的配置實現界面與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 語音交互系統實現原理

對于語音交互系統，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上。

語音識別與語音合成SDK有：科大訊飛、百度語音、Google等等。經過不斷的實測，發現比較好用的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據進行識別，通過云端大數據對語義進行分析，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 人臉識別實現原理

人臉識別技術是當今許多行業的主流技術，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換或者是視頻流數據的采集。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據庫進行對比，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，從而實現人臉識別的門禁系統。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領域都應用到了智能管理系統，智能家居也已經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的研發奠定了良好的基礎和提供了良好的平臺。基于嵌入式Linux家庭管理系統不僅具有特色，創新點，也有著廣泛的應用前景，也是當代大學生從事嵌入式系統的研究、人工智能的開發、智能家庭管理系統的一種體現。