CN205334086U - 采用混合能源的智能家居系统的手环语音指令采集装置 - Google Patents

Abstract

采用混合能源的智能家居系统的手环语音指令采集装置，属于智能家居领域，其能各种电子功能模块相互作用结合而成的结构有序的系统，其为人类或其它动物提供一个智能化的可调环境。包括，语音采集手环、混合电源供电装置、中央处理器、Wifi模块、红外模块、环境检测模块、用电设备控制模块、视频监控单元：包括顺序连接的模拟摄像头，视频A/D转换器，FPGA处理器，DSP处理器，所述FPGA处理器连接有SRAM1存储器和SARM0存储器，DSP处理器通过I2C总线连接视频A/D转换器，DSP处理器连接有存储设备；语音采集手环、混合电源供电装置、Wifi模块、红外模块、环境检测模块、用电设备控制模块、视频监控单元均与中央处理器连接。

Description

采用混合能源的智能家居系统的手环语音指令采集装置

技术领域

本发明属于智能家居系统技术领域，提供了采用混合能源的智能家居系统的手环语音指令采集装置。

背景技术

随着国内“互联网+”理念的提出，“互联网+”一时在国内各个领域掀起热潮，而在人们物质文化生活水平相比过去大大提高的今天，人们多生活环境的智能化程度提出了新的要求，人们已经不能满足传统的人工控制对生活环境的调控，而对生活环境的智能化程度提出了新的要求，从而智能家居在“互联网+”理念下得到了新的发展，“互联网+”它代表一种新的社会形态，即充分发挥互联网在社会资源配置中的优化和集成作用，将互联网的创新成果深度融合于经济、社会各领域之中，提升全社会的创新力和生产力，形成更广泛的以互联网为基础设施和实现工具的经济发展新形态。

智能家居概念的起源很早，但一直未有具体的建筑案例出现，直到1984年美国联合科技公司(UnitedTechnologiesBuildingSystem)将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州(Conneticut)哈特佛市(Hartford)的CityPlaceBuilding时，才出现了首栋的“智能型建筑”，从此揭开了全世界争相建造智能家居派的序幕。

在2014年广州光亚展上，智能家居更是所向披靡，成为这一届产品的宠儿，同时也随着4G的发展，网络信号的不断增强覆盖，也催生了智能家居行业不断的迅猛发展。

不知不觉间很多智能家居产品已经走进了我们普通老百姓的家里，让我们的家庭真正体会到智能，环保，舒适和安全，同时也让我们的生活增添更多的乐趣。未来五年我们将迎来智能家居飞速发展的元年。

智能家居，或称智能住宅，以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境，尽显便捷将家中的各种设备(如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、网络家电等)通过家庭网络连接到一起。利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。

智能家居生态系统是由各种电子功能模块相互作用结合而成的结构有序的系统，其为人类或其它动物提供一个智能化的可调环境。

智能家居生态系统主要包含：家居布线系统、家庭网络系统、智能家居控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统、背景音乐系统、家庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系统等八大系统。而随着语音识别技术的飞速发展，现有的语音识别技术的准确率已经达到了95％以上，因此语音识别技术在智能家居系统中的指令识别上得到了广泛的应用，因此对住宅内的语音控制指令的拾取就非常重要，语音信号在拾取的时候会存在如其他扬声电子设备发出的指令会被智能家居系统误判，且如果用户出门了，电视机里发出的语音指令也有可能被智能家居系统识别执行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能家居生态系统，其能各种电子功能模块相互作用结合而成的结构有序的系统，其为人类或其它动物提供一个智能化的可调环境。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

采用混合能源的智能家居系统的手环语音指令采集装置，其特征在于，包括：

语音采集手环:用于接收用于的语音指令，包括用于采集语音信号的多普勒语音采集装置和信号多普勒前段语音信号采集装置；

混合电源供电装置：包括太阳能单元和市电单元，为整个系统供电；

中央处理器：用于处理协调控制各个设备；

Wifi模块：用于wifi通信；

红外模块：包括单片机、红外接收发送器和输入指令的键盘,与中央控制器通过RS232串口进行通信；

环境检测模块：用于检测环境信息、包括温湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器；

用电设备控制模块：包括can总线接口，can总线接口连接有电动窗控制模块、排气扇控制模块；

视频监控单元：包括顺序连接的模拟摄像头，视频A/D转换器，FPGA处理器，DSP处理器，所述FPGA处理器连接有SRAM1存储器和SARM0存储器，DSP处理器通过I2C总线连接视频A/D转换器，DSP处理器连接有存储设备；

所述语音指令采集单元、混合电源供电装置、Wifi模块、红外模块、环境检测模块、用电设备控制模块、视频监控单元均与中央处理器连接。

上述技术方案中，多普勒前段语音信号采集装置包括，

上述技术方案中，语音采集手环包括表体(1)和表带(2-1，2-2)，其特征在于：表体设置内腔，内腔里设置有无线麦克电路和为无线麦克电路供电的太阳能充电电路，

所述表体上设置有矩形槽(1-4)，矩形槽(1-4)内设置有布线孔(1-6)，太阳能充电电路包括太阳能电板，太阳能电板设置在矩形槽(1-4)内；

所述表体上设置有用于安装麦克风的MIC通孔(1-2)；

所述表体侧面设置有天线通孔(1-5)；

所述表带(2-1，2-2)包括内带(2-2)、外带(2-1)，内带(2-2)上设置有固定孔(2-4)，外带上设置有与固定孔(2-4)配合的卡扣(2-5)。

所述表体(1)上设置有开关按钮(1-3)。

上述技术方案中，混合电源供电装置包括，

太阳能单元：包括太阳能电池，太阳能电池连接有DC/DC变换器；

市电单元：市电单元包括将市电转换为直流电的AC/DC变换器；

充电控制电路：控制切换太阳能单元、市电单元与蓄电池的接通；

蓄电池：存储电能和为负载供能；

DSP控制单元：根据检测单元的检测信息，控制充电控制电路的工作状态；

检测单元：包括用于检测太阳能电池电流大小的太阳能电池电流检测装置，检测蓄电池电压大小的蓄电池电压检测单元。

上述技术方案中，所述DSP控制器与中央处理器之间连接有电源管理模块。

上述技术方案中，所述太阳能充电电路包括顺序连接的太阳能电板、自激式振荡电路、高频升压单元、整流电路、限压电路、滤波电路,

所述高频升压单元采用高频变压器，高频变压器包括一次侧的线圈N1和线圈N2，二次侧线圈N3；

自激式振荡电路包括三极管Q1、依次连接的电子R1、电阻R3、电容C2，电容C2接高频变压器的线圈N2，三极管Q1的集电极接线圈N1，发射极接地；

上述技术方案中：限压电路包括三极管Q2、电阻R5、电阻R6、二极管VD2，三极管Q2的集电极接电阻R1与电阻R3的连接端，基极通过二极管VD2接电阻R5与电阻R6的公共端，电阻R5与电阻R6串联后接线圈N3两端,所述滤波单元包括接线圈N3输出端的电容C3；所述整流电路包括二极管D1，二极管D1接线圈N3正输出端。

上述技术方案中，无线麦克电路包括电阻R7、电容C4-C8、电感L1-L2、开关S1、电源、三极管Q3，电源正极连接开关S1第一端，开关S1的第二端通过电容C4连接三极管Q3的基极，三极管Q3的基极连接偏置电阻R7，偏置电阻R7的另一端通过开关S1连接电源，三极管的集电极连接电容C5、电感L1、电容C6，电容C5、电感L1的另一端通过开关S1连接电源，电容C6的另一端连接三极管Q3的发射极，三极管的发射极连接有麦克风MIC，麦克风MIC连接电源负极，电容C8连接在电源两端,三极管Q3的发射极连接电容C7，电容C7连接电感L2，电感L2连接有天线。

本发明同现有技术相比，其有益效果表现在：

一、其能各种电子功能模块相互作用结合而成的结构有序的系统，其为人类或其它动物提供一个智能化的可调环境。

二、本实用新型一种采用太阳能和市电的混合电源供能装置，其能够更具设备情况提供太阳能功能和市电功能，节能环保，且太阳能能作为备用电源，当市电断电时能够为智能家居系统的基础功能供电，提供了整个智能家居系统的稳定性和实用性。

三、本实用新型逆变单元可以将太阳能的直流电逆变成交流电为交流设备供能，增强了系统电源的实用性。

四、本实用新型采用矩形槽来固定太阳能电板，增大了太阳能电板的背面受力面积，能够增加太阳能电板的受压能力，防止太阳能电板被压坏。

五、本实用新型的话筒信号不像以往那样从三极管基极输入，而是将话筒接在发射极上，当话筒自感电流随声音大小变化时，Q3的工作电流也会随之变化，Q3节电容Cbe同时变值,Cbe与C4串联后再与LC回路并联，因此，实现了调频。MIC的这种接法完全避免了音频信号经过耦合电容的失真，因此，本话筒的频响范围宽，音质纯正，工作稳定，即使手触天线也不会影响LC振荡频率。

六、本申请的手环其采用太阳能供电，整体增强了智能手环的续航能力，有效解决了手环的高能耗问题。

附图说明

图1是智能家居系统结构框图；

图2是智能家居中控系统的多普勒语音采集装置电路图；

图3是视频采集模块框图；

图4智能家居中控系统的语音采集装置的接收端电路图；

图5为智能家居系统的混合电源供能装置框图；

图6为混合电源供能装置中的电压采集电路；

图7为混合电源供能装置的DC/DC转换器的结构框图；

图8为红外模块框图；

图9-12为本申请的手环结构示意图；

图13为本申请的手环的表体的示意图；

图14为本申请手环的无线麦克电路、太阳能充电电路整体的电路图；

图15为本申请系统的整体构架图。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的描述。

传统的生态系统是由生物与非生物相互作用结合而成的结构有序的系统。而在电子技术领域，特别是在智能家居技术领域，是否也存在生态系统的概念呢？在这里本申请定义了智能家居生态系统的概念：智能家居生态系统是由各种电子功能模块相互作用结合而成的结构有序的系统，其为人类或其它动物提供一个智能化的可调环境。

如图1所示为智能家居系统结构框图，即智能家居生态系统结构框图，其包括指令采集阵列、指令接收单元，处理控制单元，指令发送模块、通信模块、执行单元、信息采集单元、存储单元等。

其中本申请提出的指令采集单元可以采用语音指令采集，按键采集，或者肢体识别等方式。

指令接收单元，其通信方式可采用有线、无线、声波、红外、蓝牙等方式进行通信。

指令发送模块，可采用红外、蓝牙、有线或其他无线传播方式。

通信模块，可采用红外、wifi、有线传播等方式。

执行单元可以采用电子开关器件或者继电器等方式。

信息采集可包括声音、视频、环境温度、湿度、光照等信息。

红外模块:红外模块由单片机、红外接收发送器、电源管理电路组成。单片机负责整个遥控器的系统控制。单片机作为主控芯片，进行键盘扫描，根据用户通过键盘输入的指令，分别完成学习遥控码；控制DSP进行语音训练、回放、识别；将识别结果转换成相应的遥控码，通过红外发光管发射出去。单片机与DSP之间通过标准的RS232串行协议通讯。

中央处理器：采用DSP处理器，DSP处理器连接有快闪存储器(FLASH)、编解码器(CODEC)。其中DSP是整个语音识别模块的核心，负责语音识别(采用现有的语音识别软件)、语音编解码，以及FLASH的读写控制。DSP的优点是运算速度快、内存空间大、数据交换速度快，可用来实现复杂的算法，提高识别率，减小反应延时，得到较高的识别性能。DSP芯片选用AnalogDevices公司的AD2186L，它具有如下特点：①运算速度达40MIPS，且均为高效的单调周期指令；②提供了40K字节的片内RAM，其中8K字(16Bit/字)为数据RAM，8K字(24Bit/字)为程序RAM，最大可达4兆字节的存储区，用于存储数据或程序；③3.3V工作电压，具有多种省电模式。AD2186L既能完成与语音信号算是相关的算法，又适合使用电池作能源的遥控器。FLASH和CODEC也都选用3.3V工作电压的芯片。FLASH为美国ATMEL公司的AT29LV040A(4MBit)，它作为系统的存储器，主要用于存放以下内容：提示语音合成所需的参数，特定人训练后的码本数据，DSP系统的应用程序和学习和遥控码数据。CODEC选用美国TI公司的TLV320AC37，用来进行A/D、D/A变换、编码和解码。

本申请的与语音采集手环，包括表体1和表带2-1，2-2，表体设置内腔，内腔里设置有无线麦克电路和为无线麦克电路供电的太阳能充电电路，

所述表体上设置有矩形槽1-4，矩形槽1-4内设置有布线孔1-6，太阳能充电电路包括太阳能电板，太阳能电板设置在矩形槽1-4内；

所述表体上设置有用于安装麦克风的MIC通孔1-2；

所述表体侧面设置有天线通孔1-5。

上述技术方案中，所述表带2-1，2-2包括内带2-2、外带2-1，内带2-2上设置有固定孔2-4，外带上设置有与固定孔2-4配合的卡扣2-5。

上述技术方案中，所述表体1上设置有开关按钮1-3。

电路工作原理简述如下：

三极管Q1为开关电源管，它和T1、R1、R3、C2等组成自激式振荡电路。加上输入电源后，电流经启动电阻R1流向Q1的基极，使Q1导通。Q1导通后，变压器初级线圈N1就加上输入直流电压，其集电极电流Ic在N1中线性增长，反馈线圈N2产生3正4负的感应电压，使Q1得到基极为正，发射极为负的正反馈电压，此电压经C2、R3向Q1注入基极电流使Q1的集电极电流进一步增大，正反馈产生雪崩过程，使Q1饱和导通。在Q1饱和导通期间，T1通过初级线圈N1储存磁能。

与此同时，感应电压给C2充电，随着C2充电电压的增高，Q1基极电位逐渐变低，当Q1的基极电流变化不能满足其继续饱和时，Q1退出饱和区进入放大区。

Q1进入放大状态后，其集电极电流由放大状态前的最大值下降，在反馈线圈N2产生3负4正的感应电压，使Q1基极电流减小，其集电极电流随之减小，正反馈再一次出现雪崩过程，Q1迅速截止。

Q1截止后，变压器T1储存的能量提供给负载，次级线圈N3产生的5负6正的电压经二极管VD1整流滤波后，在C3上得到直流电压给电池充电。

在Q1截止时，直流供电输人电压和N2感应的3负4正的电压又经R1、R3给C2反向充电，逐渐提高Q1基极电位，使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复振荡下去。

R5、R6、VD2、Q2等组成限压电路，以保护电池不被过充电，这里以3.6V电池为例，其充电限制电压为4.2V。在电池的充电过程中，电池电压逐渐上升，当充电电压大于4.2V时，经R5、R6分压后稳压二极管VD2开始导通，使Q2导通，Q2的分流作用减小了Q1的基极电流，从而减小了Q1的集电极电流Ic，达到了限制输出电压的作用。这时电路停止了对电池的大电流充电，用小电流将电池的电压维持在4.2V。

工作原理：本话筒的工作原理与常见的无线话筒电路基本相同，但连线及音质效果大有改进。电路见附图1，Q3与L1、C5、C6等构成FM高频振荡电路，调整L1、C5值可改变工作频率。C6是维持振荡的反馈电容。话筒信号不像以往那样从三极管基极输入，而是将话筒接在发射极上，当话筒自感电流随声音大小变化时，Q3的工作电流也会随之变化，Q3节电容Cbe同时变值,Cbe与C4串联后再与LC回路并联，因此，实现了调频。MIC的这种接法完全避免了音频信号经过耦合电容的失真，因此，本话筒的频响范围宽，音质纯正，工作稳定，即使手触天线也不会影响LC振荡频率。

元件选择制作：振荡管Q3选择fT>1000MHz、Icm≥100Ma、β值较大的高频管，如C6355、C6358、BFR96等。9018的Icm只有50mA，但是可根据实际选用；MIC选用600Ω的动圈式话筒，目前中高档有线话筒多为此类；L1内径为5mm，用Φ0.5mm漆包线空芯绕5T而成；发射天线可直接使用成品天线，也可自制：线圈部分内径为1cm，空芯绕15T并拉长至3cm，直伸部分为7cm，用热缩胶套装上加热而成，也可用一根约10cm的软导线代替。

安装与调试：元件安装完毕，检查无误后，接通电源，用一台袖珍调频收音机作接收机。值得注意的是带射频输出的VCD严重干扰接收效果，因此，必须给射频调制器加装电源开关，使用AV端子播放节目。调节FM接收机及L1匝距，使收发频率相应，必要时将C5换值。收音机输出的音频信号由大插头输送到VCD或扩音机进行功率放大。发射距离与收音机的灵敏度有很大关系，但一般都≥10米。

智能家居中控系统的多普勒语音采集装置电路图，工作原理如图2所示，图中220V的电网电压经C4降压，D2、D1半波整流、C1滤波以后，再经过R6和V1、DW1、R1、C5组成的并联稳压电路稳压，为整个电路提供工作电压。V2及其周围元件组成微波振荡电路，电波通过圆环天线发射出去，同时圆环天线也是反射电磁波的接收天线，R20是V2差频信号的负载电阻，它与R5共同建立该级的工作点。V3射极输出器起到阻抗变换作用，减小后级对微波振荡级增益的影响。本电路用一块LM324完成对前级信号的放大、比较、光控、延时功能，IC1D组成一个低通放大电路，滤掉50Hz干扰信号。IC1D的输入端电位通过电阻R14、R13的分压提供，其阻值相等，分压值是电源电压的一半。输出端{14}脚的输出电压在二分之一电源电压上随输入端电压的变化上下变化。IC1A、R15、R17、C7组成一个悬浮式的比较器，输入端的电位由IC1D的{14}脚电压所决定，R15和R17的分压加在IC1A的②、③脚之间。静态时，②脚电压高于③脚电压，输出端①脚输出低电平。前级输出交变信号时，②脚通过C7等于交流接地，交流信号加到②、③脚之间，经过比较之后，①脚输出方波信号。IC1C、D3、R10、C6组成延时电路，无线麦克电路为导通状态下，⑦脚输出高电平，D3截止，⑨脚通过R10的作用，将⑨脚拉成高电平，IC1C的同相输入端通过R12、R8的分压，R8的阻值是R12的两倍，该电压是电源电压的三分之二，因反向输入端的电压高于同相输入端的电压，⑧脚输出低电平，可控硅无触发电压而截止，无线麦克电路不工作。如果⑦脚电位突然变低，D3导通，C6迅速充电，⑨脚因⑦脚电平下拉成低电平，⑨脚电压低于⑩脚电压，⑧脚输出高电压，可控硅被触发导通，无线麦克电路工作。当⑦脚电压恢复高电位后，⑨脚的电压在C6的作用下保持低电平，C6通过R10放电，⑨脚电压升高，当⑨脚的电压超过⑩脚的电压时，⑧脚的电平反转变成低电平，可控硅失去触发电压，无线麦克电路不工作。C6的上述放电时间，就是无线麦克电路延时断电的时间。①脚输出的方波信号加到⑥脚上的电压值由R16,当R16压值大于IC1B的⑤脚电压时，可以使输出脚⑦反转，无线麦克电路导通。电阻R7是一个微弱的隔级正反馈电阻，使得一旦⑧脚变成高电平后，⑧脚的高电压使得IC1D的同相输入端电压升高，①脚电压升高，⑦脚电压变低，加大⑦脚的负脉冲宽度，使C6有足够的充电时间，从而保证了无线麦克电路导通延时关断的一致性。

无线麦克电路

MIC是驻极体话筒，它的作用就是感应空气中声波的微弱振动，并输出跟声音变化规律一样的电信号。本站选用的是灵敏度较高的话筒，一般可以输出几十毫伏以上的音频信号，这个信号足以调制下一级的高频振荡信号的频率。注意：话筒有正负极之分，一般和外壳相通的是负极。R31是MIC驻极话筒的偏置电阻，有了这个电阻，话筒才能输出音频信号，这是因为MIC话筒内部本身有一极场效应管放大电路，用来阻抗匹配和提高输出能力等作用。C15是音频信号耦合电容，将话筒感应输出的声音电信号专递到下一级。C12是三极管Q的基极滤波电容，一方面滤除高频杂音，另一方面让三极管Q的高频电位为0，对50MHz以上的高频电路来说，三极管Q是一个共基极放大电路，这是最后能形成振荡的基础。因为振荡电路的基础条件就是必须具备一定的增益，再就是具备合适相位的反馈(一般是正反馈)。R32是三极管Q的基极偏置电阻，给三极管Q提供一个较小的基极电流，三极管Q将会有一个较大的发射极电流到过R33。由于R32、R33中的电流作用会在各自电阻上产生压降并互相影响，结果会自动稳定在某一数值状态，这就是射极跟随器。R33是三极管Q的发射极电阻，这里起稳定直流工作点作用，和C13还组成了高频信号负载电阻作用，也是整个高频振荡回路的一部分。C18和L组成并联谐振回路，起到选择振荡频率的主要作用，改变C18的容量或者改变L的形状(包括圈数)，可以方便的改变发射频率。C17是高频信号输出耦合电容，目的是为了让高频信号变成无线电波辐射到天空中。因此，天线最好坚直向上，长度最好等于无线电波频率波长(或者整数倍)，四周应该开阔，不要有金属物阻挡。

说明：波长等于频率的倒数，频率变化，波长也会变化，再说，天线具体的长度还与电路输出阻抗、天线粗细等等有关，在业余情况下，随便接一段电线就行了。(如果为了追求最远的发射距离，大家可以自行多做这方面的尝试，本站元件包经过本站技术人员试验，效果是可以轻松达到50米以外的。)C16是反馈电容，电路起振的关键元件就是它了。分析本电路的高频状态时，集电极是输出，发射极是输入，输出信号通过C16加到输入端，产生强烈的正反馈，自然就产生振荡了。这实际上也就是书中所说的电容三点式振荡电路。C11、C14是电源滤波电容，给交流信号提供回路，减小电源的交流内阻。

语音信号接收模块

语音信号接收模块工作原理由输入回路，即选择电路，或称调谐电路把空中许多无线电广播电台发出的信号选择其中一个，送给混频电路。混频将输入信号的频率变为中频，但其幅值变化规律不改变。不管输入的高频信号的频率如何，混频后的频率是固定的，我国规定为465KHZ。中频放大器将中频调幅信号放大到检波器所要求的大小。由检波器将中频调幅信号所携带的音频信号取下来，送给前置放低频放大器。前置低频放大器将检波出来的音频信号进行电压放大。

图4中感应线圈T1、微调电容CA等，组成谐振电路，根据CA的大小不同，谐振于不同的频率，取得这个频率的无线电信号。三极管VT1对取得的信号有放大作用，放大的输出电流从集电极输出。电感T2、微调电容CB及三极管VT1组成本机振荡电路，由于微调电容CA、微调电容CB是联动的，本机振荡频率总是比感应线圈T1、微调电容CA组成的谐振电路的频率高465KHz。三极管VT1还起混频的作用：其发射极本机振荡信号会对感应线圈T1、微调电容CA组成的谐振电路输入的特定频率信号调制(乘法运算)，在集电极电流中会有本机振荡频率与三极管VT、微调电容CA组成的谐振频率的差频、和频等成分。其中差频等于465KHz。线圈T3、线圈T4是并联谐振电路，谐振频率均是465KHz，信号通过变压器的次级线圈输出到下一级。三极管VT2、三极管VT3起465kHz信号(中频信号)电压放大作用。另外三极管VT3由于特殊的偏置，还起到了检波的作用(取得调幅信号的包络线)。电容C4-5的作用是滤除检波信号中的中频成分，获得音频信号。三极管VT4用于音频信号电压放大。

如图3所示的为视频采集模块，本系统的设计思路是通过模拟的视频摄像头来获取视频信号，然后采用模数转换芯片SAA7111A将模拟的PAL制式视频信号转换为YUV4：2：2的数字视频信号。设计使用FPGA芯片EP1C6Q240C8作为协处理器，来完成视频信号的缓存和视频帧的合成，通过双RAM的乒乓结构来实现视频帧的完整性，并在完成视频数据的预处理后，将视频数据传入到DSP中，完成特定的视频处理算法(如压缩等，均为现有常规处理算法)，最后对处理完的视频数据进行传输和存储。同时，主处理器DSP还负责对视频采集芯片进行初始化配置。其系统硬件结构如图3所示。

视频采集系统的重要环节，通常是将外部的光信号转换成电信号，然后通过专用的视频转换芯片，来将模拟的视频信号转换为数字视频信号。本申请采用的是模拟CMOS摄像头和Philips公司的高性能视频模数转换集成电路芯片SAA7111A。

AA7111A是Philips公司的一款高性能视频输入处理芯片。它共有四路模拟视频信号输入端，可以输入4路CVBS或2路S视频(Y/C)信号，也可以编程选择四路视频输入中的一路或者两路组成不同的工作模式；可实现行同步、场同步信号的自动监测、分离，或场频50Hz或60Hz自动检测，并可在PAL制和INTSC制之间自动切换，同时能对不同输入制式的亮度信号、色差信号进行处理，实现亮度、色度和饱和度的片内实时控制；SAA7111A中的I2C总线接口可以对片内寄存器进行设置。它有32个控制寄存器，其中的22个可编程；该器件的输出为16位V.PO总线，输出格式有12位YUV4：1：1、16位YUV4：2：2、8位CCIR－656、16位565RGB和24位的888RGB；输出信号可提供采样时钟、行同步、场同步等多种同步信号。

视频前端处理模，数字化后的视频数据量一般都十分巨大。为了保证视频数据的完整性和实时性，系统专门设计了视频的前端处理模块。其主要功能是完成视频数据的缓存，视频帧的合成，乒乓操作以及与DSP的通信。由于FPGA内部能反复编程，可以使系统简化，减小板卡面积，易于维护，升级方便，因此，本文采用了ALTERA的EP1C6Q240C8来完成视频前端处理功能。

为了保证视频采集系统的实时性，该系统使用双RAM的乒乓机构。乒乓操作在FPGA时序设计中的使用十分广泛，是一种典型的以面积换速度的设计思想。这种结构是将输入数据流通过输入数据选择单元等时地将数据流分配到两个数据缓冲区。在第1个缓冲周期，将输入的数据流缓存到数据缓冲模块1上；在第2个缓冲周期，则通过输入数据选择单元的切换来将输入的数据流缓存到数据缓冲模块2，同时将数据缓冲模块1缓存的第1个周期的数据通过输出数据选择单元的选择后，送到运算处理单元进行处理；此后在第3个缓冲周期，再次切换数据的输入与输出缓冲模块。如此循环，周而复始。

视频后端处理模,本系统采用的是，TI公司的高性能、低功耗定点DSP芯片TMS320VC5509A，它内部的主时钟工作频率最高可达200MHz，处理速度最高400MIPS；该DSP的片上RAM较大，包括32K×16位DARAM和96K×16位SARAM，共128K×16位的片上存储空间；其片上外设丰富，包括实时时钟RTC、10位ADC、MCBSP接口、USB高速接口(速率为12Mb/s)，还有MMC/SD(多媒体卡)接口、I2H接口等；该DSP处理器为低电压供电，采用1.6V的内核电压。3.3V的I/O电压，功耗低达0.2mW/MIPS。

DSP作为视频采集系统的主处理器，主要完成各类接口和外设的配置以及视频的实时处理。包括时钟发生器(PLL)、I2C总线接口、EMIF模块、USB接口等。

各类接口只有协调工作，才可保证系统的正常运行。其中时钟发生器负责将外部24MHz的晶振时钟倍频为200MHz的系统工作时钟：I2C总线负责对视频采集芯片SAA7111A进行初始化配置：USB接口负责与上位机通信，以实现数据的传输。

考虑到视频数据的庞大和DSP片上ROM的局限性，本系统在DSP外部扩展了一块4M×16bit的SDRAM和一块256K×16bit的FLASH。其中SDRAM映射在DSP的CE2、CE3空间，FLASH映射在CE1空间。由于外设接口配置一般都较为复杂，因此使用了TI公司的片上支持库函数(CSL)，以简化用户接口的配置。

视频数据中一般都会存在很多冗余信息(时间冗余度、空间冗余度等)，因此具有压缩的必要性。视频编码的主要目的就是在保证重构质量的前提下，以尽量少的比特数来表征视频信息，尽量去除视频图像数据本身具有的多种冗余特性，如空间冗余、时间冗余、心理视觉冗余和熵编码冗余等。常见的压缩标准有JPEG、MPEG－1、MPEG－2、H.261以及H.263等。这些算法一般都较为复杂，处理的数据量也十分巨大。而采用哈佛总线和流水线操作等内部结构DSP在视频处理算法的实现上具有巨大优势。视频算法的编程和调试可在CCS(codecomposerstudio)2.0环境下完成，可使用C语言实现，这样有利于跨平台的移植、优化和升级。

如图5所示的为混合电源供能装置:

太阳能单元：包括太阳能电池，太阳能电池连接有DC/DC变换器；

市电单元：市电单元包括将市电转换为直流电的AC/DC变换器；

充电控制电路：控制切换太阳能单元、市电单元与蓄电池的接通；

蓄电池：存储电能和为负载供能；

DSP控制单元：根据检测单元的检测信息，控制充电控制电路的工作状态；

检测单元：包括用于检测太阳能电池电流大小的太阳能电池电流检测装置，检测蓄电池电压大小的蓄电池电压检测单元。

所述蓄电池电压检测单元包括：所述蓄电池电压检测单元包括：电阻R1一端接蓄电池、电阻R2一端接基准比较电压，电阻R1另一端连接二极管D1的阳极,电阻R2另一端连接二极管D2的阳极，二极管D1的阴极和二极管D2的阴极均连接电阻R3，电阻R3另一端连接电容C1，电容C1接地。

太阳能单元为太阳能电池整列。

所述DC/DC变换器输出端连接有逆变单元，逆变单元将直流电转换为交流电输出。

所述逆变单元输出端设置有逆变单元输出电流电压检测单元，逆变单元输出电流电压检测单元连接DSP控制单元。

DC/DC变换器包括顺序连接的逆变电路、高频变压器、整流电路、输出录滤波电路，逆变电路的驱动单元包括脉冲控制电路，脉冲控制电路采用脉冲宽度调制芯片TL494。内部同时解决了电流调节器、脉宽调制和最大电流限制，芯片内还设置了一些附加监控保护功能，使得芯片具有较强的抗干扰能力和较高的可靠性，用此芯片构成的控制系统外接元器件较少，结构简单。

如图6所述蓄电池电压检测单元包括：所述蓄电池电压检测单元包括：电阻R1一端接蓄电池、电阻R2一端接基准比较电压，电阻R1另一端连接二极管D1的阳极,电阻R2另一端连接二极管D2的阳极，二极管D1的阴极和二极管D2的阴极均连接电阻R3，电阻R3另一端连接电容C1，电容C1接地。

系统包括太阳能电池供电电路、市电供电电路、蓄电池及其充电电路、单片机及其外围电路等构成.太阳能电池的电流经电流检测电路检测大于30mA时(即阳光足够强)，单片机控制充电控制接入电源为太阳能电池经过DC/DC变换后电源，该电源向蓄电池充电.当单片机检测到阳光较弱时，再检测蓄电池电压，若蓄电池电压足够高，有蓄电池向负载供电，系统停止向蓄电池充电；若蓄电池电压较低，市电经AC/DC变换后经充电控制电路向蓄电池充电，再由蓄电池向负载供电.单片机及其外围电路包括PICI6C71、按键电路、报警电路和液晶显示电路.报警用系统工作异常报警、蓄电池欠压报警等.为节省系统功耗采用液晶显示电路显示太阳能电池电流、蓄电池电压、系统工作状态等信息。

所述蓄电池电压检测单元包括：电阻R1一端接蓄电池、电阻R2一端接基准比较电压，电阻R1另一端连接二极管D1的阳极,电阻R2另一端连接二极管D2的阳极，二极管D1的阴极和二极管D2的阴极均连接电阻R3，电阻R3另一端连接电容C1，电容C1接地。

其中电压Vi和Vb分别是蓄电池电压和基准比较电压，用来比较和计算蓄电池电压大小，电阻R1与二极管D1连接点引出I/O-VL引脚，电阻R1与二极管D1连接点引出I/O-VB引脚，I/O-VL引脚、I/O-VB引脚这两个I/O是用来有效或失效输入电压，当I/O-VL做为输出，且输出零时，蓄电池电压不会向电容充电，从而可以使基准电压不受干扰的充到电容上，电阻R3和电容C1组成RC电路，其作用就是使充电的电压有一个上升的时间，利于单片机检测。

此电路的检测原理是，当检测蓄电池电压时，I/O-VL引脚设置为输入模式，使I/O-VL引脚为高阻状态，阻止蓄电池电流流入I/O口，使其向电容C1充电，同时引脚I/O-VB设置为输出模式，并输出零，短接基准电压电源，保证蓄电池电压在充电时，不受基准电压干扰，当电容上的电压充到单片机I/O口的门槛判别电压时，记录这一段时间T1,同样利用以上方法使基准电压对电容充电，当电容上的电压上升到I/O口的判别门槛电压时，记录这段时间T2。既然知道了两个电压在相同RC电路上的充电时间，就可以根据RC电路的充电公式Vc＝V(1-E(-T/RC))便可求出电压的大小。

如图7为DC-DC变换器整体电路，该DC/DC电压变换器由主电路、采样电路、控制电路、驱动电路组成；开关电源的主电路单元、采样电路单元、控制电路单元、驱动电路单元组成闭环控制系统，是相对输出电压的自动调整。控制电路单元以SG3525为核心，精确控制驱动电路，改变驱动电路的驱动信号，达到稳压的目的。

DC-DC功率变换器的种类很多。按照输入/输出电路是否隔离来分，可分为非隔离型和隔离型两大类。非隔离型的DC-DC变换器又可分为降压式、升压式、极性反转式等几种；隔离型的DC-DC变换器又可分为单端正激式、单端反激式、双端半桥、双端全桥等几种。

以上仅是本发明众多具体应用范围中的代表性实施例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用变换或是等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.采用混合能源的智能家居系统的手环语音指令采集装置，其特征在于，包括语音采集手环、接收端、混合电源供电装置，

语音采集手环包括表体(1)和表带，其特征在于：表体设置内腔，内腔里设置有无线麦克电路和为无线麦克电路供电的太阳能充电电路，

所述表体上设置有矩形槽(1-4)，矩形槽(1-4)内设置有布线孔(1-6)，太阳能充电电路包括太阳能电板，太阳能电板设置在矩形槽(1-4)内；

所述表体上设置有用于安装麦克风的MIC通孔(1-2)；

所述表体侧面设置有天线通孔(1-5)；

所述表带包括内带(2-2)、外带(2-1)，内带(2-2)上设置有固定孔(2-4)，外带上设置有与固定孔(2-4)配合的卡扣(2-5)；

所述表体(1)上设置有开关按钮(1-3)；

接收端包括：

信号输入回路：用于接收无线电信号，包括线圈T1与微调电容CA组成的谐振电路，线圈T1包括一次绕组和二次绕组，一次绕组两端连接微调电容CA；

混频电路：将接收到的无线电信号变为中频，包括三极管VT1，三极管VT1的发射极本机振荡信号会对线圈T1、微调电容CA组成的谐振电路输入的信号调制，在集电极得到中频信号；

中频放大电路：将中频调幅信号放大到检波电路所要求的大小；

检波电路：将中频调幅信号所携带的音频信号取下来，送给前置放低频放大器；

前置放低频放大器：将检波出来的音频信号进行电压放大；

混合电源供电装置包括，

太阳能单元：包括太阳能电池，太阳能电池连接有DC/DC变换器；

市电单元：市电单元包括将市电转换为直流电的AC/DC变换器；

充电控制电路：控制切换太阳能单元、市电单元与蓄电池的接通；

蓄电池：存储电能和为负载供能；

DSP控制单元：根据检测单元的检测信息，控制充电控制电路的工作状态；

检测单元：包括用于检测太阳能电池电流大小的太阳能电池电流检测装置，检测蓄电池电压大小的蓄电池电压检测单元；

当有移动物体进入感应范围内，将物体移动的位移信号转换成相应的电信号并通过低通放大电路滤波后通过经过悬浮式的比较器输出方波信号驱动延时电路工作，延时电路驱动后级无线麦克单元工作，无线麦克电路将采集到的语音信息转换为无线信号，接收端接收无线电信号。

2.根据权利要求1所述的采用混合能源的智能家居系统的手环语音指令采集装置，其特征在于，中频放大电路采用三极管VT2。

3.根据权利要求1所述的采用混合能源的智能家居系统的手环语音指令采集装置，其特征在于，还包括电感T2、微调电容CB及三极管VT1组成本机振荡电路。

4.根据权利要求1所述的采用混合能源的智能家居系统的手环语音指令采集装置，其特征在于，前置放低频放大器包括三极管VT4。

5.根据权利要求1所述的采用混合能源的智能家居系统的手环语音指令采集装置，其特征在于，所述系统电源包括,

电容降压半波整流单元：将220V市网电压进行降压和整流；

稳压电路：对电容降压半波整流单元的输出电压进行稳压。

6.根据权利要求1所述采用混合能源的智能家居系统的手环语音指令采集装置，其特征在于：所述蓄电池电压检测单元包括：所述蓄电池电压检测单元包括：电阻R1一端接蓄电池、电阻R2一端接基准比较电压，电阻R1另一端连接二极管D1的阳极,电阻R2另一端连接二极管D2的阳极，二极管D1的阴极和二极管D2的阴极均连接电阻R3，电阻R3另一端连接电容C1，电容C1接地。

7.根据权利要求1所述的采用混合能源的智能家居系统的手环语音指令采集装置，其特征在于：DC/DC变换器包括顺序连接的逆变电路、高频变压器、整流电路、输出录滤波电路，逆变电路的驱动单元包括脉冲控制电路，脉冲控制电路采用脉冲宽度调制芯片TL494。

8.根据权利要求1所述的采用混合能源的智能家居系统的手环语音指令采集装置，其特征在于：所述太阳能充电电路包括顺序连接的太阳能电板、自激式振荡电路、高频升压单元、整流电路、限压电路、滤波电路,所述高频升压单元采用高频变压器，高频变压器包括一次侧的线圈N1和线圈N2，二次侧线圈N3；自激式振荡电路包括三极管Q1、依次连接的电阻R1、电阻R3、电容C2，电容C2接高频变压器的线圈N2，三极管Q1的集电极接线圈N1，发射极接地。

9.根据权利要求8所述的采用混合能源的智能家居系统的手环语音指令采集装置，其特征在于：限压电路包括三极管Q2、电阻R5、电阻R6、二极管VD2，三极管Q2的集电极接电阻R1与电阻R3的连接端，基极通过二极管VD2接电阻R5与电阻R6的公共端，电阻R5与电阻R6串联后接线圈N3两端,所述滤波单元包括接线圈N3输出端的电容C3；所述整流电路包括二极管D1，二极管D1接线圈N3正输出端。

10.根据权利要求8所述的采用混合能源的智能家居系统的手环语音指令采集装置，其特征在于：无线麦克电路包括电阻R7、电容C4-C8、电感L1-L2、开关S1、电源、三极管Q3，电源正极连接开关S1第一端，开关S1的第二端通过电容C4连接三极管Q3的基极，三极管Q3的基极连接偏置电阻R7，偏置电阻R7的另一端通过开关S1连接电源，三极管的集电极连接电容C5、电感L1、电容C6，电容C5、电感L1的另一端通过开关S1连接电源，电容C6的另一端连接三极管Q3的发射极，三极管的发射极连接有麦克风MIC，麦克风MIC连接电源负极，电容C8连接在电源两端,三极管Q3的发射极连接电容C7，电容C7连接电感L2，电感L2连接有天线。