嵌入式Linux的家庭管理系统

桂林电子科技大学信息科技学院 唐 力 欧少敏 韩桂明 蒙国栋 唐慧敏 刘苏芮

本文是基于嵌入式Linux的家庭管理系统，使用STM32F407作为家居控制系统的主控，利用各类传感器通过TFT进行信息显示；报警系统研究的主要是危险气体，火焰报警等；实时环境检测系统研究对温湿度、危险气体的实时检测，达到对家庭环境的整体把控；实时监控系统研究把摄像画面传回PC机或移动端，实现实时防盗跟踪；语音交互系统通过主控把采集到的语音数据进行识别，并通过云端大数据对语义进行分析，同时主控对相应的语义做出相应的应答，并利用人声来做出相应的回答，给用户达到一个极致的用户体验；无线供电系统把太阳能转化为电能，加以利用自然力量，让其达到一个环保要求；采用ST官方下的Emewin控件进行图形化界面设计，使界面更加多样，效果更加绚丽；家庭娱乐系统使用相关音乐芯片和电路设计以及功放电路等，设计出具有MP3播放的功能；采用嵌入式系统和摄像头进行人脸识别开门，利用扫描人脸识别，再经过程序的运算，实现开锁功能，从而节省时间和带来便利。

1 整体方案设计

本文设计主要有两层部分，分别为上层和下层，上层电路主要是以树莓派为核心器件，通过摄像头进行一个视频监控和视频回传的效果，通过云端数据API接口进行一个语音交互，通过UART与下层进行通信。下层电路主要是以STM32F4单片机进行整个系统的主控，STM32通过与外围相关器件进行实时通信，如温湿度传感器、显示器、无线供电、图形化界面设计等，整体设计框架如图1所示。

图1 整体设计框图

2 主要功能实现原理

2.1 STemwin界面设计原理

StemWin是STM32单片机系统中最常用的界面设计控件，通过Emwin官方提供的控件进行相关图标配置和背景界面的配置，把配置好的数据转换成C文件，最后移植到STM32F4MCU中，通过相关程序的配置实现界面与STM32硬件通信的完美结合，在整个Emwin编程中，加以UCOSIII嵌入式操作系，让整个界面设计不仅有美观性，还具有操作性，实现界面与控制的相互配合。如图2所示。

图2 Stemwin界面设计框图

2.2 语音交互系统实现原理

对于语音交互系统，它的核心技术是利用了云端自然语言处理技术，语音合成等现有方案，因此本设计主要将精力用在云端自然语言处理技术的研发上。

语音识别与语音合成SDK有：科大讯飞、百度语音、Google等等。经过不断的实测，发现比较好用的SDK是百度公司提供的语言处理技术。我们的家庭管理语音交互系统是通过百度服务器API接口与图灵服务器API接口连接，主控能对采集的语音数据进行识别，通过云端大数据对语义进行分析，同时主控对相应的语义做出相应的应答的过程，并且还可以通过识别的语义对家庭电器进行控制。如图3所示。

图3 语音交互框图

2.3 人脸识别实现原理

人脸识别技术是当今许多行业的主流技术，是基于人的脸部特征，对输入的人脸图像进行一个二进制的转换或者是视频流数据的采集。首先需要判断其是否存在人脸，如果有人脸，就需要进一步的定位到每个人脸的位置、大小及每个主要面部器官的相应位置信息。通过获取的这些信息，再进一步地提取每个人脸中蕴涵的身份特征，并将其与已知的人脸数据库进行对比，从而识别每个人脸所特有的身份特征信息，最后再通过串口与STM32进行通信，从而实现人脸识别的门禁系统。整个人脸识别设计的流程图如图4所示。

图4 人脸识别门禁系统流程图

结论：智能时代的到来，电子科技不断改变了人类的生活，如今越来越多的行业领域都应用到了智能管理系统，智能家居也已经成为了当今一个流行的话题和研究方向，而基于嵌入式Linux的家庭管理系统的提出，更是顺应了今天市场的需求，给人们生活带来了便利。

该项目的设计给当今科技的家居系统的研发奠定了良好的基础和提供了良好的平台。基于嵌入式Linux家庭管理系统不仅具有特色，创新点，也有着广泛的应用前景，也是当代大学生从事嵌入式系统的研究、人工智能的开发、智能家庭管理系统的一种体现。