CN202771369U - 基于多处理器的人机界面装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种基于多处理器的人机界面装置。该装置主要包括：人机交互单元，和人机界面控制单元连接，通过与被控对象进行交互采集被控对象的信号，将该信号传输给人机界面控制单元；人机界面控制单元，和人机交互单元、显示单元连接，包括ARM处理器，DSP处理器和FPGA处理器，对所述被控对象的信号进行处理，将得到的处理结果、控制命令传输给显示单元；显示单元，和所述人机界面控制单元连接，根据人机界面控制单元传输的控制命令，对处理结果进行显示。

Description

基于多处理器的人机界面装置

技术领域

本实用新型涉及人机界面，尤其涉及一种基于多处理器的人机界面装置。

背景技术

近年来，随着计算机网络、计算机通信等技术的发展，多处理器的人机界面技术越来越受到人们的广泛关注，该技术主要研究在ARM（进阶精简指令集机器，Advanced RISC Machine），DSP（数字信号处理，DigitalSignal Processing），FPGA（Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）等多处理器协同工作的环境下搭建人机界面，通过交互、合作、竞争、协商等行为完成复杂的控制或任务求解。由于人机界面技术更能体现人类的社会智能，更加适合开放的，动态的社会环境，因而引起了各领域研究人员的浓厚的兴趣，并广泛应用于科学计算、计算机网络电子商务、企业管理和交通控制等领域。

现有技术的人机界面装置往往采用单一处理器的人机界面电路设计，比如，单独采用ARM处理器，包括以ARM为核心的主控制器单元及其连接的存储器单元、用于数据传输的工业以太网接口单元、通信接口单元、以及与ARM微处理器相连的用于显示的LCD液晶显示屏单元、键盘和触摸屏单元、语音识别单元。

上述现有技术的人机界面装置的缺点为：由于单一处理器处理能力的限制，不能完成大量数据（如视频信息的实时处理）的分析与处理工作，没有引入安防的功能，在节能和人性化上存在不足。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供了一种基于多处理器的人机界面装置，以实现组成ARM+DSP+FPGA协同工作的人机界面装置。

一种基于多处理器的人机界面装置，包括：

人机交互单元，和人机界面控制单元连接，通过与被控对象进行交互采集被控对象的信号，将该信号传输给人机界面控制单元；

人机界面控制单元，和人机交互单元、显示单元连接，包括ARM处理器，DSP处理器和FPGA处理器，对所述被控对象的信号进行处理，将得到的处理结果、控制命令传输给显示单元；

显示单元，和所述人机界面控制单元连接，根据人机界面控制单元传输的控制命令，对处理结果进行显示。

由上述本实用新型的实施例提供的技术方案可以看出，本实用新型在单一处理器的人机界面设计的基础上加入DSP和FPGA，组成ARM+DSP+FPGA协同工作的人机界面电路系统，使人机界面装置具备了安全防护功能，提升了人机界面装置的工作性能和工作能力，满足了智能家庭中人机界面的安全要求，解决了存在的安全隐患。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种基于多处理器的人机界面装置的具体实现结构图。

具体实施方式

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。

本实用新型实施例在单一处理器的人机界面设计的基础上加入DSP和FPGA，组成ARM+DSP+FPGA协同工作的人机界面装置。本实用新型实施例提出了一种基于多处理器的人机界面装置，其具体实现结构如图1所示，具体可以包括：

人机交互单元1，和人机界面控制单元2连接，通过与被控对象进行交互采集被控对象的模拟信号，将该模拟信号通过A/D转换器转换为数字信号后，传输给人机界面控制单元2，所述信号包括：语音信号、触觉信号和图像信号中的至少其一。

人机界面控制单元2，和人机交互单元1、显示单元3连接，是整个人机界面装置的控制中心，它负责整个人机界面装置的数据处理与管理。它包括ARM（Advanced RISC Machines，进阶精简指令集机器）处理器，DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理）处理器和FPGA（Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）处理器，对所述人机交互单元1所传输的被控对象的信号进行处理，将得到的处理结果、控制命令传输给显示单元3。

显示单元3，和所述人机界面控制单元2连接，通过液晶显示屏等显示装置，向被控对象显示所述人机界面控制单元2传输的处理结果，执行所述人机界面控制单元2传输过来的控制命令。该显示单元3可以包括由液晶控制器、彩色液晶显示屏和液晶背光驱动模块构成的液晶显示器。比如，液晶显示器上可以显示被控对象为合法用户，可以进行后续的拨打电话、开启门禁等操作。

具体的，所述的人机交互单元1可以包括：

信号采集单元11，和A（模拟）/D（数字）转换器12连接，采集语音信号、触觉信号、感应信号和图像信号中的至少一项，将采集的信号传输给A/D转换器；

A/D转换器12，与信号采集单元11、信号传输单元13连接，将信号采集单元采集的信号转换为数字信号后传输给信号传输单元13；

信号传输单元13，与A/D转换器12连接，将所述A/D转换器传输过来的信号发送至人机界面控制单元2。

进一步地，上述信号采集单元11可以包括：

触觉识别单元111，包括触摸屏和实体键盘，通过所述触摸屏和实体键盘采集所述被控对象的触觉信号。

语音识别单元112，通过麦克风采集被控对象的语音信号。

红外感应单元113，用于采集被控对象的红外感应信号。通常采用红外线发射管和红外线接收管，所述红外线发射管发送的红外线被被控对象反射后产生反射线，所述红外线接收管接收所述反射线并传输到人机界面控制单元。通过红外线反射原理，判断用户与系统之间的位置关系，进而实现节能操作。该红外感应单元113可以是红外线感应模块GH-718，当人体的手或身体的某一部分在红外线区域内，红外线发射管发出的红外线由于人体手或身体遮挡反射到红外线接收管，进而判断用户与系统间的距离，ARM处理器向LCD控制器发送开启指令，LCD控制器接到指令后控制开启液晶背光模块并激活液晶显示屏；当人体的手或身体离开红外线感应范围，红外线感应模块10s内没有接受到红外线感应信号，ARM处理器向LCD控制器发送休眠指令，LCD控制器接到指令后控制关闭液晶背光模块并休眠液晶显示屏，实现人机界面装置地的节能处理和人性化管理。

图像信号采集单元114，通过摄像头采集被控对象的图像信号，将该图像信号传输给人机界面控制单元。

具体的，所述人机界面控制单元2可以包括：

DSP处理器21，和FPGA处理器22连接，处理所述人机交互单元传输过来的视频和图像信号。

FPGA处理器22，和ARM处理器21、DSP处理器23连接，采用FIFO（First Input First Output，先入先出队列）对所述DSP处理器处理的视频和图像信号数据进行缓存。

ARM处理器23，和FPGA处理器22、存储单元24和接口单元25连接，作为整个人机界面控制单元2的核心，与人机界面控制单元2中的各个子单元连接和交互，给各个子单元发送控制命令。比如，当上述被控对象的信号为语音信号，ARM处理器可以通过软件对输入的语音信号进行鉴定（主要为声纹识别），判断被控对象是否为合法用户，如果是合法用户则可以进行后续的开启门禁等操作，如果不是则执行非法用户的处理。

存储单元24，和ARM处理器23连接，用于存储所述ARM处理器23得到的被控对象的处理结果、控制命令和动态参数，以及人机界面装置的系统程序。可以包括Nor FLASH存储器，Nand FLASH大容量存储器和SDRAM存储器。Nor FLASH用来存储操作系统及系统程序的目标代码映像文件，NandFLASH大容量存储器存放被控对象的历史数据、人机界面装置的处理信息，SDRAM存储器为人机界面装置实时动态运行和通讯数据处理提供存储空间。

接口单元25，和ARM处理器23连接，包含以太网接口、3G（第三代移动通信系统）接口、WIFI接口、蓝牙接口、同轴电缆有线电视接口、电力线载波接口、电话线接口和红外接口中的至少其一。实现视频数据的实时传输，多服务的语音和数据综合，模拟和ISDN拨号，ATM访问，低密度交换，入侵检测，串行设备集成等。

上述人机交互单元和人机界面控制单元可以互相配合，实现智能家庭的安防功能，具体处理步骤如下：门口处的摄像头作为人机界面装置的子模块进行全天的实时监控，并将环境数据通过网络传输传送到多处理器之一的DSP端，利用DSP强大的图像处理能力，对环境图像进行数据处理，当屋外环境发生变化时，DSP处理器自动做出判断，若判断有客人访问，通知人机界面装置的另一处理器ARM端，由ARM发送命令给显示屏模块，询问用户是否切换到视频显示界面，若用户同意切换，则图像通过DSP与ARM间的公共内存（双RAM）传送到ARM端，实现人机界面装置的多处理器协同处理，实时图像由LCD显示屏进行显示，用户可以通过实时的视频信息，选择提前出门迎接，或者通过语音识别模块和触觉识别模块来控制人机界面装置向门禁系统发送指令，开门或是发送指令给语音信箱，告诉门外人员家里无人等信息，若人员离开，不再进行下一步，否则，人机界面装置会提示用户是否开启视频存储功能和报警系统；若用户不方便切换至视频界面或用户不在家，则系统自动开启视频存储功能，DSP处理器通过背景差分，桢间差分以及一些模式识别的算法筛选出有代表性的图片（此处也为DSP处理器的最主要作用），通过彩信的形式将图片发送至用户手机，此时用户也可通过手机发送指令给人机界面装置，进行开门和报警等简单操作。若DSP处理器通过分析得出只是人员路过或者是自然环境变化等信息，则继续实时监控，不进行后续操作。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的单元可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的单元可以合并为一个单元，也可以进一步拆分成多个子单元。

综上所述，本实用新型在单一处理器的人机界面设计的基础上加入DSP和FPGA，组成ARM+DSP+FPGA协同工作的人机界面电路系统，使人机界面装置具备了安全防护功能，提升了人机界面装置的工作性能和工作能力，满足了智能家庭中人机界面的安全要求，解决了存在的安全隐患。

本实用新型的人机界面装置加入了红外线感应单元，提高了能源利用率和设备的人性化。便于维护和升级，在保证安全性的前提下减少了安装、运行成本。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于多处理器的人机界面装置，其特征在于，包括：

人机交互单元，和人机界面控制单元连接，通过与被控对象进行交互采集被控对象的信号，将该信号传输给人机界面控制单元；

人机界面控制单元，和人机交互单元、显示单元连接，包括进阶精简指令集机器ARM处理器，数字信号处理DSP处理器和现场可编程门阵列FPGA处理器，对所述被控对象的信号进行处理，将得到的处理结果、控制命令传输给显示单元；

显示单元，和所述人机界面控制单元连接，根据人机界面控制单元传输的控制命令，对处理结果进行显示。

2.根据权利要求1所述的基于多处理器的人机界面装置，其特征在于，所述的人机交互单元包括：

信号采集单元，与模拟A/数字D转换器连接，用于采集语音信号、触觉信号、感应信号和图像信号中的至少其一，并将采集的信号传输给A/D转换器；

A/D转换器，与信号采集单元、信号传输单元连接，将信号采集单元采集的信号转换为数字信号后传输给信号传输单元；

信号传输单元，与A/D转换器连接，将所述A/D转换器传输过来的信号发送至人机界面控制单元。

3.根据权利要求2所述的基于多处理器的人机界面装置，其特征在于，所述的信号采集单元包括：

触觉识别单元，包括触摸屏和实体键盘，通过所述触摸屏和实体键盘采集所述被控对象的触觉信号；

语音识别单元，采集通过麦克风输入的被控对象的语音信号；

红外感应单元，采集被控对象的红外感应信号；

图像信号采集单元，包括摄像头，通过摄像头采集被控对象的图像信号。

4.根据权利要求1所述的基于多处理器的人机界面装置，其特征在于，所述的显示单元为液晶显示器。

5.根据权利要求1至4任一项所述的基于多处理器的人机界面装置，其特征在于，所述的人机界面控制单元中的ARM处理器，与所述人机交互单元和显示单元连接，处理所述人机交互单元输出的信号，并将产生的处理结果、控制命令传输给显示单元；

所述的人机界面控制单元中的DSP处理器，和FPGA处理器连接，处理所述人机交互单元所传输的视频和图像信号；

所述的人机界面控制单元中的FPGA处理器，和ARM处理器、DSP处理器连接，采用FIFO对所述DSP处理器处理的视频和图像信号数据进行缓存。

6.根据权利要求1所述的基于多处理器的人机界面装置，其特征在于，所述人机界面控制单元还包括：

存储单元，和ARM处理器连接，存储所述ARM处理器得到的被控对象的处理结果、控制命令和动态参数，以及人机界面装置的系统程序。

7.根据权利要求1所述的基于多处理器的人机界面装置，其特征在于，所述人机界面控制单元还包括与所述ARM处理器相连接的接口单元，采用以太网接口、3G接口、WIFI接口、蓝牙接口、同轴电缆有线电视接口、电力线载波接口、电话线接口和红外接口中的至少其一。

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