北斗全频系统在物联网智控终端中的应用

梁嘉智

摘 要：为了研究北斗全频系统在物联网智控终端设备的智能代理程序，实现终端智能代理程序之间通讯、协作和根据用户要求准确响应等功能。文中为终端工作模式和环境建立了严谨的物理模型，设计了终端信息同步化算法。基于北斗全频通讯系统，以软硬件相结合的方式完成北斗通讯数据接收和显示，及播音系统的实现。采用MTK的6735ARM架构Android系统开发平台、智能代理程序、液晶显示屏LCD12864、语音控制系统实现实时显示当前所在位置的经纬度、时间、图像、视频信息和语音通话等功能。仿真实验和硬件调试结果表明，该系统可以实现图像信息显示和语音报告目前经纬度、时间和地理位置等信息。系统工作正常，可以满足北斗全频系统在物联网智控终端中的用户需求。

关键词：北斗全频；物联网；智控终端；同步化

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）10-00-03

0 引 言

北斗卫星导航系统即将成为全球除GPS（美国）、格洛纳斯（俄罗斯）、伽利略（欧盟）之外的第四大卫星导航系统。北斗卫星导航系统具有非常高的战略意义，配套产业的发展迫在眉睫。但遗憾的是，基于北斗的芯片研发及制造市场目前基本被国外技术巨头渗透，形成了所谓的“双模化”芯片市场，即要求芯片同时支持北斗和GPS，这与国家大力扶持北斗全本土化应用的初衷大相径庭。而国内芯片厂商看不到除了“双模化”的其他切入市场的机会。本项目提出了新型北斗智控终端思路，融合感知系统、数据模型，加大RDSS与产业的整合，推动民族芯片产业及北斗终端设备产业的发展。

本项目研究的另一个意义在于推进北斗终端的“智能化”研发。这一趋势符合行业中长远行业发展的趋势。众所周知，未来的人工智能将趋向通过底层硬件架构的变革来实现。因此，未来10年计算机科学的关注点将会转移到如何突破现阶段的计算能力极限，即颠覆原有的硬件架构。这个方向可能是人工智能在硬件设备上的一个终极解决方案，主要涵盖以下几个方面：

（1）未来的人工智能将致力于通过底层硬件架构的变革来实现。不同于现阶段底层对云计算的依赖，硬件模式将直接从芯片层面实现对人工神经网络的模拟，目标是构建一个硬件大脑；

（2）未来的智能硬件多数都拥有一定终端计算存储和处理能力的标准化硬件配置，通过网络连通中层智控技术，实现不同的智控应用。软件赋予了硬件具体的功能和身份，从而可以灵活利用同样的硬件来满足用户不同的需求；

（3）在通往通用智能的路上，强大的信息采集功能是未来智能硬件的必备条件。移动互联时代主要采集的类型局限于文字、图像、语音、视频和LBS等，感知技术的发展是信息采集能力的瓶颈。现有传感器已开始采集重力感应、压力感应等“听”和“看”以外的信息，未来感知能力的提升会让智能硬件技术出现颠覆性科技创新。

本项目提及的“智控终端”正是迎合大数据 “硬件智能化”的一次尝试，而且应用在日臻成熟的北斗终端设备上，理论和现实意义都十分重大。首先，本项目是采用我国自行研发的北斗卫星RDSS定位系统构建的具有智能代理（Intelligent Agent）功能、实现终端技术研发的一次全新尝试。通过计算、自主控制和联网，人、机器和信息能够互相联接，融为一体，即可实现通信又可构建高性能对等网，为终端用户带来全新的服务体验。此外，此项目技术可以优化物联网行业解决方案，提高物联网行业公共资源整合，推动 “人工智能”实际开发应用、延伸和扩展。

1 北斗全频物联网智控终端系统设计方案

本课题设计的关键技术点在于把复杂的事情简化，生成智能硬件产品，便于市场推广。项目的核心技术在于不影响车身原有性能，无需改装，本着只读不写，只听不控的原则，在设备端开发依赖实时更新的系统“周边”数据，项目关键技术点如下：

（1）芯片的嵌入式扩展部分及流式数据驱动部分；

（2）终端操作系统及应用软件部分；

（3）云平台（包含卫星基础云和用户云）。

体系涉及方案符合北斗卫星通讯规范。北斗芯片获取的数据被嵌入式系统捕获并缓存，用于智能调度算法的实现。客户端可以接入互联网（在设备连接可用的情况下），与云架构形成握手。

此外，本项目涉及的云架构包括用于服务各式用户终端的用户云（支持用户通过手机、PC和iPad进行互动）和用于开放北斗终端互动功能的卫星云（卫星云打通了北斗终端通讯和互联网的宏观数据流向）。而调度及智能系统主要在终端，以客户端的方式进行软件模块的实现。同时，用户云架构也包含了来自终端智能计算相关服务请求的软件实现。北斗全频物联网智控终端系统结构框图如图1所示。

2 北斗全频物联网智控终端系统设计

2.1 北斗全频模块用户请求服务模式

本课题将“周边”同质终端及POI数据进行优化存储，通过嵌入式系统及快速内存建立用于智能代理运行的环境数据库；随著终端的移动，该数据库进行周边通讯，而这种通讯可由北斗卫星导航系统直接提供支持。同时，Android操作系统为智能代理程序提供了强大的运行平台。代理程序对外接收来自用户和其他智能终端的服务要求，自主计算出响应用户服务请求所涉及的方案。

在服务响应计算方面，环境库的数据结构决定了应对不同服务请求智能代理的趋向性。由于本项目终端设备是松散型群集在一起，具有严格的“距离”约束，因此首阶段代理的自主性以对周边握手和终端类型的区分为基础。用户服务请求如“抛锚”和“油枯”等，都会翻译成智能程序的方案 + 根据方案计算得到的“可行方案”。北斗全频用户全球智能服务模式框图如图2所示。

2.2 语音报送模块电路设计

ISD1730系列录放芯片是一种高集成度，高性能的芯片。它可以多段录音，采样率可在4～12 kHz间调节，供电范围为2.4 ～5.5 V。endprint

ISD1730系列录放芯片可工作于独立按键模式和SPI控制模式。芯片内由存储管理系统来管理多段语音，在独立按键模式下也能进行多段语音录放。此芯片内有振荡器，可通过外部电阻来调节其振荡频率；还带有自动增益控制（AGC）的话筒运放，模拟线路输入，抗锯齿滤波器，多级存储阵列，平滑滤波器，音量控制，直接驱动喇叭的PWM输出与接外部功放的电流/电压输出。

芯片有两路独立的语音信号输入通道，即话筒输入与模拟信号输入。在独立按键模式下，当某功能操作完成后芯片会自动进入掉电模式来降低功耗。在SPI模式下，用户可对芯片进行更多功能操作。语音报送ISD1700模块电路原理图如图3所示。

如图3所示，图片右侧的MIC电路部分经实践测试，音质不好，所以弃用，由于所选芯片为ISD1730，内存足够，所以改用找地址的电脑信号录入方式进行录音。MISO、MOSI、SS与单片机的P2.2～P2.0连接，CLK与单片机的P2.4连接，ROSC与80 kΩ电阻连接后接地，采样频率为8 kHz；VOL与一个按键连接后接地，可调音量，AGC端口启用，增益自动可调，SP-、SP+与喇叭直接相连，不经功率放大等环节，本课题使用5 Ω、0.8 W的喇叭可以正常驱动，但功率大一些的喇叭必须要经过功率放大电路才可以带动。DP2为LED指示灯，在录放音时会闪烁。

3 北斗全频物联网智控终端系统软件设计

3.1 LCD12864液晶屏设计

LCD12864液晶设计流程图如图4所示。该程序主要完成液晶的驱动（驱动中主要是液晶的读忙函数、读写数据函数、清屏函数、初始化函数），系统开机显示，系统工作时的实时状态显示及各显示界面的切换等功能。

3.2 ISD1730语音报送程序流程图

由于ISD1730只放音，不涉及录入等功能，所以流程图只是放音部分。放数字音和放位置音的过程类似，都可用一个流程图表示。ISD1730语音报送程序流程图如图5所示。

4 结 语

本文主要研究北斗全频的定位原理与技术，单片机编程及其应用，液晶屏功能及其实现方法，以及语音系统及其功能应用。对此制作了一套设计方案，以软硬件相结合的方式完成北斗数据接收智能调度和显示以及播音功能。本课题采用MTK的6735 ARM架构Android系统开发平台、液晶显示屏LCD12864、语音芯片ISD1730、智能代理程序设计了一款可实时显示当前所在位置经纬度等信息，并语音报告目前经纬度的应用系统。通过设计，编程，调试，该智能代理程序系统工作正常，可以满足课题要求。

参考文献

[1]周立，赵新生，王继刚，等.北斗系统在海上智能交通安全系统中应用研究[J].导航定位学报，2015，3（2）：11-15.

[2]赵姣姣，曲江华，袁洪.针对北斗系统的降维快速高精度定向算法[J].测绘学报，2015，44（5）：488-494.

[3]祝会忠，徐爱功，高猛.北斗系统载波相位动态差分定位方法[J].测绘科学，2015，40（9）：9-13.

[4]沈苑，熊淑杰，蒋桂忠，等.珍惜机遇 不惧挑战 年轻团队勇攀“北斗”高峰——中科院成功研制发射首颗“北斗”系统全球组网星[J].中国科学院院刊，2015，30（3）：386-392.

[5]趙磊，张云，韩彦岭，等.北斗系统三频单点定位性能研究[J].测绘科学，2015，40（7）：8-14.

[6]高猛，徐爱功，祝会忠，等. 北斗系统短基线解算数据处理方法[J].测绘科学，2015，40（4）：28-33.

[7]田亚楠，龙波.北斗二代导航定位系统在物流中的应用研究[J].物联网技术，2011，1（6）：58-59，63.

[8]童小平，刘春阳.物联网终端控制公共服务平台设计[J]. 物联网技术，2015，5（8）：69-71.endprint