危機(jī)四伏，智能照明如何更好地實(shí)現(xiàn)智能語音？

如果有人拋出問題：什么是人工智能？不同的人會有不同的答案，他們往往會根據(jù)自己身邊的相關(guān)應(yīng)用去做描述。比如說智能照明，就是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、有線/無線通訊技術(shù)、電力載波通訊技術(shù)、智能化信息處理技術(shù)和分布式控制技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對照明系統(tǒng)的智能化控制。

隨著人工智能技術(shù)在終端市場的有序落地，近幾年智能家居概念火熱，而作為智能家居重要組成部分的智能照明系統(tǒng)也在高速發(fā)展。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)計，2022年中國智能照明行業(yè)市場規(guī)模將達(dá)431億元，相較于2021年，同比增速高達(dá)23%。對于社會發(fā)展而言，無論是公共場所還是私域的智能照明系統(tǒng)，都將作為節(jié)能減排大事業(yè)的一部分通過按需開關(guān)、場景控制、強(qiáng)弱調(diào)節(jié)等智能化方式，智能照明不僅提升了用戶體驗(yàn)，還能通過延長燈具壽命、減少能源消耗等方式助力實(shí)現(xiàn)更加綠色的社會生活。

智能照明市場的爆發(fā)讓更多人工智能技術(shù)進(jìn)入到這一市場。當(dāng)前的市場潮頭當(dāng)屬基于智能語音實(shí)現(xiàn)智能照明系統(tǒng)，消費(fèi)者只需要呼喚系統(tǒng)的名字并下達(dá)指令，想開哪里的燈，哪里的燈便會應(yīng)聲點(diǎn)亮，非常簡單、方便。

然而，智能語音系統(tǒng)對于消費(fèi)者語音的收集是實(shí)時的，因此會包含不少敏感信息，這就吸引了不法分子的關(guān)注。這篇文章我們就著重聊一下智能語音照明系統(tǒng)現(xiàn)有的問題，以及貿(mào)澤電子上在售的電子元器件如何從硬件角度應(yīng)對這些問題帶來的挑戰(zhàn)。

危機(jī)四伏的智能語音照明

智能化時代，燈具已經(jīng)不能再簡單定義為照明工具，它為家庭和辦公等場景營造了不同的氛圍，為工作和生活帶來舒適和便捷，從自動控制、智能變光到分布式聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，越來越智能的智能照明已經(jīng)成為智能家居不可或缺的一部分，是一個新且優(yōu)的發(fā)展方向。而我們必須要說的是，基于智能語音系統(tǒng)打造的智能照明系統(tǒng)無疑是簡單、方便的一大代表。

從實(shí)現(xiàn)方式來看，智能語音照明有方案內(nèi)置、中控集成和組網(wǎng)等多種實(shí)現(xiàn)方式，根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同，智能語音模塊將被放置在燈具、控制面板、聯(lián)網(wǎng)模塊等不同位置，以此來收集消費(fèi)者的語音控制指令，來實(shí)現(xiàn)對燈具開關(guān)、亮度和顏色等方面的控制和調(diào)節(jié)。

圖1：智能語音照明典型實(shí)現(xiàn)方式（圖源：啟英泰倫）

一般而言，離線控制的智能語音照明多采用方案內(nèi)置和中控集成的方式，將智能語音模塊直接集成在燈具和控制面板中，算法跑在本地系統(tǒng)，不需要連接網(wǎng)絡(luò)，用戶就可以通過語音指令控制燈具；在線控制的智能語音照明則多與智能手機(jī)和智能音箱等智能化設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動，通過網(wǎng)絡(luò)將智能設(shè)備上接收的語音指令傳達(dá)到智能照明系統(tǒng)的數(shù)字智能網(wǎng)關(guān)，然后系統(tǒng)完成相關(guān)操作。

然而，引入智能語音這個便捷的方式，也為智能照明系統(tǒng)帶來了全新的安全風(fēng)險，包括算法安全風(fēng)險、數(shù)據(jù)安全風(fēng)險和網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險等，而這些風(fēng)險都指向了一個目標(biāo)，那就是獲取用戶隱私數(shù)據(jù)。比如在網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險層面，不法商家和黑客可以通過智能網(wǎng)關(guān)為切入口，在線監(jiān)聽智能設(shè)備接收到的消費(fèi)者語音，這就相當(dāng)于在消費(fèi)者家中安裝了一個監(jiān)聽系統(tǒng)。同理，主控制板也可成為攻擊目標(biāo)，進(jìn)而對離線語音做監(jiān)聽。

此外，對于離線控制的智能語音照明，還有一個挑戰(zhàn)是對于算法的支持。如果算法智能化能力不足，便會出現(xiàn)背景噪音、人聲干擾等問題，讓照明系統(tǒng)出現(xiàn)誤操作。這些問題會讓使用體驗(yàn)大打折扣。

如上所述，貿(mào)澤電子上有豐富的硬件方案能夠幫助大家解決上述難題，助力廣大設(shè)計者完成安全、智能的語音照明系統(tǒng)設(shè)計。

安全和硬件加速都很出色的MCU

無論是離線還是在線的智能語音照明系統(tǒng)，控制模塊的性能決定了照明系統(tǒng)的智能化水平。這些控制模塊或置于主控模板之中，或者直接集成在燈具的內(nèi)部。下面我們要介紹的這款元器件，在算法支持、設(shè)備互聯(lián)和安全信息保護(hù)等方面都非常出色，是打造高水平、安全智能語音照明系統(tǒng)的理想選擇。它就是貿(mào)澤電子在售的來自制造商ST的STM32G4混合信號微控制器 (MCU)，貿(mào)澤電子上的制造商編號為STM32G491CEU6。

圖2：STM32G4混合信號微控制器（圖源：ST）

基于Arm? Cortex?-M4內(nèi)核打造的STM32G4系列MCU是STM32F3系列的延續(xù)版本，性能更強(qiáng)且與STM32F3系列MCU高度兼容，確保在設(shè)計不同性能等級的衍生應(yīng)用時提供出色的效率。

STM32G4系列MCU擁有四大突出的產(chǎn)品特性，為智能語音照明系統(tǒng)賦能。這四大突出特性分別是強(qiáng)勁的性能、豐富的內(nèi)置數(shù)模外設(shè)、功能安全與信息安全以及完整的平臺。

關(guān)于強(qiáng)勁的性能

STM32G4系列是帶有DSP和FPU指令的MCU，并集成了3種不同的硬件加速器：ART Accelerator?、CCM-SRAM執(zhí)行加速器以及數(shù)學(xué)運(yùn)算加速器。再加上產(chǎn)品本身高達(dá)170MHz的高主頻，STM32G4系列MCU可提供出色的計算性能。高效的信號處理以及復(fù)雜的算法執(zhí)行，對方案算法有著更充分的支持。

關(guān)于豐富的內(nèi)置數(shù)模外設(shè)

STM32G4系列MCU集成比較器、運(yùn)算放大器、DAC等多種數(shù)模外設(shè)，為方案開發(fā)帶來了更大的自由度。

關(guān)于功能安全與信息安全

STM32G4系列MCU為系統(tǒng)方案帶來了全面的保護(hù)。該系列產(chǎn)品采用具有糾錯碼(ECC)的雙BankFlash機(jī)制，支持同時在兩個不同的Bank上加載應(yīng)用程序，為系統(tǒng)在線升級開通安全的“綠色通道”；擁有可配置大小的安全存儲區(qū)，用于存放密鑰等敏感信息，并得到篡改檢測電路的保護(hù)；支持AES硬件加密，進(jìn)一步強(qiáng)化系統(tǒng)安全。更需要格外強(qiáng)調(diào)的是，得益于STM32Trust提供的強(qiáng)大的安全架構(gòu)，可確保安全連接和系統(tǒng)完整性。

關(guān)于完整的平臺

STM32G4系列MCU可共享STM32家族的生態(tài)資源，并擁有專門的參考設(shè)計和全面性平臺，無論是面向通用型市場，還是數(shù)字開關(guān)電源、照明、焊接、太陽能和無線充電等數(shù)字電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用，該系列產(chǎn)品都是高性價比之選。

圖3：STM32Trust安全架構(gòu)（圖源：ST官網(wǎng)）

幫助構(gòu)建安全連接的DB射頻開發(fā)包

隨著智能家居概念的全面普及，當(dāng)前的智能語音照明系統(tǒng)已經(jīng)不是簡單的單點(diǎn)式設(shè)備，而是一個聯(lián)動的系統(tǒng)，覆蓋家庭里的每一寸空間。因此，無線連接便成為整個系統(tǒng)必須要有的一部分，并承擔(dān)著信息傳輸?shù)闹厝巍?/p>

為幫助大家構(gòu)建安全可靠的聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，我們向大家推薦來自制造商N(yùn)ordic Semiconductor的nRF21540 DB開發(fā)包，大家可以通過在貿(mào)澤電子網(wǎng)站上搜索制造商編號nRF21540-DB找到這款方案。

圖4：nRF21540 DB射頻開發(fā)包（圖源：Nordic Semiconductor）

nRF21540 DB射頻開發(fā)包內(nèi)置nRF21540開發(fā)套件 (DK) 和帶nRF21540射頻前端模塊 (FEM) 的nRF21540評估套件 (EK)。顯然，nRF21540射頻前端模塊是這款開發(fā)包的核心。在貿(mào)澤電子上，這款器件的制造商編號為nRF21540-QDAA-R。

圖5：nRF21540射頻前端模塊（圖源：Nordic Semiconductor）

nRF21540是一款“即插即用”的射頻前端模塊，支持藍(lán)牙低功耗、藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、Thread和Zigbee (802.15.4) 及專有2.4GHz。先看無線性能，nRF21540能夠?yàn)橄到y(tǒng)帶來增強(qiáng)的鏈路穩(wěn)定性，在發(fā)射路徑 (Tx) 中提供可配置增益功率放大器 (PA)，在接收路徑 (Rx) 中提供低噪聲放大器 (LNA)，非常適用于智能照明這類低功耗短程無線解決方案，此外該器件適用的領(lǐng)域還有其他類型智能家居、工業(yè)和工廠自動化、資產(chǎn)跟蹤、醫(yī)療、體育和健身、音頻以及高級CE遠(yuǎn)程控制。

nRF21540是制造商N(yùn)ordic Semiconductor明星產(chǎn)品nRF52832的補(bǔ)充，將后者的高性能帶入到智能語音照明等低功耗物聯(lián)網(wǎng)場景中，而通過nRF21540 DB射頻開發(fā)包，工程師朋友不僅能夠快速了解nRF21540領(lǐng)先的射頻性能，同時開發(fā)包還包含nRF52840 SoC，在nRF21540開發(fā)套件上也有專門的接口連接到nRF52840 SoC。也就是說，有了這個開發(fā)包，工程師朋友就可以基于時下各種熱門的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建在線的智能語音照明系統(tǒng)，非常便捷。

nRF21540評估套件的存在則能夠幫助大家評估nRF21540的產(chǎn)品性能。

說到網(wǎng)絡(luò)連接的安全性，nRF21540 DB射頻開發(fā)包包含的nRF52840 SoC除了支持各項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議本身的安全標(biāo)準(zhǔn)外，還同時提供安全性出色的Arm? CryptoCell-310加速器以及與之配套的軟件安全保護(hù)，為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全連接保駕護(hù)航，讓不法分子無法通過網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)節(jié)盜取智能語音照明系統(tǒng)的用戶語音信息。

照明穩(wěn)定控制不容忽視

智能語音照明系統(tǒng)的最終目的是提供智能、便捷、穩(wěn)定的照明，因此不能因?yàn)橹悄芑鲆暳讼到y(tǒng)的根本作用。為幫助廣大工程師朋友打造穩(wěn)定可靠的智能照明系統(tǒng)，我們?yōu)榇蠹彝扑]貿(mào)澤電子在售的來自制造商Omron Electronics的G5RL-U/-K PCB功率繼電器，制造商編號為G5RL-U1-E-DC12。

圖6：G5RL-U/-K PCB功率繼電器（圖源：Omron Electronics）

G5RL-U/-K PCB功率繼電器可在小型、低背（線圈與接點(diǎn)間的絕緣沿面距離僅為8mm）的前提下，實(shí)現(xiàn)16A、耐高沖擊開關(guān)的高性能閉鎖繼電器，其中G5RL-U1-E-DC12為高容量、單線圈閉鎖型產(chǎn)品。

G5RL-U/-K PCB功率繼電器能夠適應(yīng)+85°C的環(huán)境工作溫度、10kV沖擊耐受電壓和16A高浪涌開關(guān)電流，并且符合電容器負(fù)載標(biāo)準(zhǔn) (IEC60669-1) 和耐燃性國際安全規(guī)格 (IEC60335-1)，為照明控制和智能家居帶來行業(yè)領(lǐng)先的穩(wěn)定性。此外，G5RL-U/-K PCB功率繼電器也可應(yīng)用于電表、不間斷電源 (UPS)、工廠自動化設(shè)備、樓宇自動化、住宅設(shè)備等。

圖7：G5RL-U/-K PCB功率繼電器開關(guān)容量的最大值（圖源：Omron Electronics）

同時，我們也注意到，在智能語音照明系統(tǒng)中，所應(yīng)用到的傳感器除了麥克風(fēng)，還會有亮度傳感器和移動傳感器等，豐富的傳感器配置進(jìn)一步提升了整個系統(tǒng)的智能化程度。

那么，接下來我們?yōu)榇蠹医榻B的便是一款可應(yīng)用于人體檢測的傳感器，依然是來自制造商Omron Electronics，貿(mào)澤電子上的制造商編號為B5W-DB1452-1。

圖8：B5W-DB漫反射型傳感器（圖源：Omron Electronics）

B5W-DB是超小型遠(yuǎn)距離漫反射型傳感器，提供550mm的檢測范圍，四個方向靈活的安裝方式，使其可以被安裝在任何位置。面向人體檢測或者人手檢測，B5W-DB提供了更高的設(shè)計冗余度，能夠面向更廣闊的應(yīng)用場景。在智能語音照明領(lǐng)域，B5W-DB是工程師朋友打造“伴隨式”智能照明系統(tǒng)的絕佳選擇，無需PCB只通過1m微型光電傳感器連接器線束就可以將人體感應(yīng)照明開關(guān)放置在家里的任何位置。

此外，B5W-DB也是無接觸式消毒設(shè)備的理想方案，比如衛(wèi)生設(shè)備中的手檢測，殺菌設(shè)備中的人體檢測，以及溫度測量設(shè)備中的人體檢測等。不受環(huán)境光影響的優(yōu)質(zhì)特性，讓這些方案設(shè)計更加穩(wěn)定可靠。

更好地實(shí)現(xiàn)智能語音照明

如上所述，作為目前最便捷的控制方式，智能語音照明是一個新且優(yōu)的發(fā)展方向。但智能化往往和用戶信息掛鉤，帶有深度學(xué)習(xí)的系統(tǒng)算法就更是如此，如何保護(hù)用戶敏感信息是設(shè)計智能語音照明系統(tǒng)的前提。在貿(mào)澤電子，無論是微控制器，還是無線連接器件，這些硬件方案不僅性能出眾，而且都將軟硬件安全保護(hù)作為關(guān)鍵性能，為系統(tǒng)保駕護(hù)航。同時，更好地實(shí)現(xiàn)智能語音照明系統(tǒng)也不能忽視系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性以及人性化設(shè)計，來自O(shè)mron Electronics等制造商的方案都是這方面的理想選擇。總而言之，貿(mào)澤電子海量的原廠授權(quán)器件，能夠幫助工程師朋友高效、高性價比地打造出更好的智能語音照明系統(tǒng)。

審核編輯 黃昊宇