摘  要： 介紹了一種基于蘋果公司Siri個人助理的智能控制方式，通過GPRS和WIFI網絡實現醫藥企業數據采集系統遠程控制，并詳細敘述了該系統的硬件和軟件設計。該系統利用Siri的語音識別功能，由SiriProxy代理服務器截取Siri的返回信息，并將該信息通過網絡傳遞給樹莓派（個人迷你電腦），樹莓派解析控制信息并控制數據采集系統的正常開啟與關閉。
關鍵詞： Siri；WIFI；GPRS；遠程控制；樹莓派；智能監控

    隨著科學技術的不斷進步，電子技術與網絡技術日漸成熟[1]，智能監控手段也變得多樣化[2]。同時，智能手機和平板電腦的迅猛革新，使手持移動設備的智能程度越來越高，不僅讓生活更加豐富多彩，而且使得辦公更加便捷，逐漸成為未來智能監控發展的一種趨勢。
    在企業的智能監控中，對于數據采集系統的控制多采用有線式或者基于GPRS的手機無線式控制，這兩種方式都具有一定的局限性，有線式數據采集系統的安裝布線多有不便，而無線式手機控制指令輸入較為繁瑣，與智能控制還有一定的距離?；谔O果移動操作系統ios5的Siri個人助力業務，采用無線通信的架構WIFI與3G，實現對數據采集系統的遠程遙控，充分利用了GPRS網絡高頻譜利用率、高業務質量、適應多業務環境，并具有較好的網絡靈活性和全覆蓋能力等優點[3]。
1 遠程控制系統結構
    本文的遠程控制系統主要由移動控制終端(具有Siri個人助理的iPhone或者iPad)、GPRS與WIFI網絡、Raspberry Pi(樹莓派)、SD(Secure Digital Memory Card)卡、USB無線網卡、編碼器、發射模塊、無線開關、解碼器、數據采集系統等組成。系統結構如圖1所示。

    遠程控制系統通過移動終端(蘋果手機或者平板)的Siri語音輸入控制指令，通過GPRS或者WIFI網絡、Siri服務器傳輸到Raspberry Pi，并通過Raspberry Pi控制數據采集系統。遠程控制系統采用的是單項控制方式，主要是Siri個人助理向Raspberry Pi發送操作指令，由Raspberry Pi控制采集系統的開啟或者關閉，指令完成以后將數據采集系統的開閉狀態反饋給使用者，讓使用者能夠了解指令的執行情況。
2 系統的通信原理及硬件設計
    本文的遠程控制系統主要采用蘋果移動設備ios系統Siri個人助理發送操作指令，采用GPRS進行數據通信，利用Raspberry Pi個人電腦進行指令的無線接收及傳輸，并控制數據采集系統的開關操作。
2.1 Siri
    Siri是蘋果公司在其產品iPhone及iPad上應用的一項語音控制功能。Siri具有以下特性[4]：與Siri交流采用的是自然語言，直接對話就可以；與Siri的交流采用的是交互式對話方式； Siri能理解整個對話中語言的上下文關系從而給出答復； Siri具有記憶功能，能隨著使用時間的增長，對使用者的聲音越來越熟悉；Siri在GPRS或WIFI網絡狀態下都能正常使用。可以說，Siri將用戶問題的關鍵字和相關的行為活動信息與數據進行精確的匹配，以理解用戶語言表述的含義。
2.2 SiriProxy
    蘋果公司的Siri本身并不提供Siri第三方開發接口，但可借助開發者開發的一套名為SiriProxy的程序。SiriProxy是一個代理服務器，開發者可以為這個代理服務器添加自定義的插件，用于截取可識別的語音命令進而調用Siri實現各種用途。這款程序可以讓Siri更加智能，為Siri增添第三方開發的能力，通過SiriProxy插件可以讓Siri執行使用者設定的指令，豐富了Siri的應用范圍。因為SiriProxy既可以安裝在越獄的設備上也可以安裝在未越獄的設備上，因此方便使用。
2.3 樹莓派Raspberry Pi
    Raspberry Pi是一款基于Linux系統的個人電腦，配備一枚700 MHz的處理器，256 B內存，支持SD卡和Ethernet，擁有兩個USB接口，以及HDMI(High Definition Multimedia Interface)和RCA(Radio Corporation of American)輸出支持，電源可以使用輸出5 V/1 A的mini USB充電器，并需要SD卡寫入系統鏡像。對于GPIO（General Purpose Input Output），只需要讀寫/sys文件系統就可以實現交互控制。由于多數的車庫門控制系統是比較單一的開關控制，并不具備無線遠程控制，因此采用Raspberry Pi輔助完成無線控制功能。Raspberry Pi共有兩種模型，本文根據需求選用具有以太網接口及USB接口的B型。
2.4 GPRS和WIFI
    GPRS(General Packet Radio Servers)是在現有GSM移動通信系統基礎上發展起來的一種新的承載方式，能夠提供端到端的廣域無線IP連接，為用戶提供一種分組形式的數據業務。GPRS具有傳輸速率高(是現有GSM 網絡的10倍以上)、實時性強、系統容量大、通信費用低、永遠在線、適合遠程控制等特點[5]。特別適用于間斷、突發性或頻繁、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸[6]。GPRS能夠在原有GSM 網絡基礎上實現更高的數據傳輸在于它是基于多個GSM 時隙的復用機制的數據傳輸，不同網絡用戶通過復用機制共享一組信道[7]，使信道資源得到了更有效的利用。目前，GPRS已在電力、小區安全、汽車防盜、環保等領域得到了比較廣泛的應用。
    WIFI(Wireless Fidelity)是當今使用最廣的一種無線網絡傳輸技術，是一種能夠將個人電腦、手持設備(如PDA、手機、Pad)等終端以無線方式互相連接的技術。WIFI為用戶提供了無線的寬帶互聯網訪問的技術，可以幫助用戶訪問電子郵件、Web和流式媒體。WIFI無線網絡在開放性區域，通信距離可達305 m；在封閉性區域，通信距離為76 m～122 m[8]，便于與現有的有線以太網絡整合，可以在降低成本的前提下為用戶提供更好的服務。WIFI技術的優點在于：(1)信號范圍廣，適合辦公室及單位樓層內部使用；(2)傳輸速度快、可靠性高。802．1lb無線網絡規范是IEEE802．11網絡規范的變種，最高帶寬為11 Mb/s，在信號較弱或有干擾的情況下，帶寬可調整為5．5 Mb/s、2 Mb/s和1 Mb/s帶寬的自動調整，有效地保障了網絡的穩定性和可靠性；(3)無需布線，WIFI最主要的優勢在于不受空間的局限性，不用考慮如何去布線，可以美化網絡空間，也節省了大量的設計成本。由于“熱點”所發射出的電波可以達到距接入點半徑數10 m～100 m的地方，用戶只要將安裝有無線設備的筆記本電腦、手機等裝置拿到無線信號覆蓋的區域內，即可以自由上網。
2.5 硬件設備搭建
    硬件的搭設如圖2所示，采用5 V/1 A的mini USB通用型手機充電器作為外接電源，插入SUB無線網卡即可連接外部WIFI網絡。發射器采用315 MHz發射模塊，為了防止重碼的產生，在發射器電路設計時要加入編碼模塊，電路圖如圖3所示。編碼模塊采用PT2262/PT2272，該模塊是一種CMOS工藝制造的低功耗低價通用編解碼電路，最多可有12位(A0-A11)三態地址端管腳(分別懸空、接低電平、接高電平)，任意組合可以提供312=531 441地址碼，PT2262最多可有6位(D0-D5)數據輸入端，設定的地址碼和數據碼從17腳串行輸出。此次設計采用固定編碼，將A3接高電平，A4接低電平，其余管腳懸空。Raspberry Pi樹莓派提供8個GPIO通用接口、1個I2C接口、2個SPI接口和1個串口，發射模塊的GND連接Raspberry Pi的Ground管腳，發射模塊的IN1連接Raspberry Pi的GPIO0(PIN17)管腳，IN2連接Raspberry Pi的GPIO1(PIN18)管腳，發射模塊的VCC外接5 V電源。在接收器接收到信號后要經過解碼器才能被識別，解碼器采用PT2272，無線接收采用的是MICRF002，MICRF002是美國Micrel公司推出的完整的單片超外差接收電路，具有固定模式和掃描方式兩種工作方式，主要用于無線遙控。MICRF002、PT2272和AT89S51單片機的連接電路圖如圖4所示。PT2272采用發射端相對應的地址編碼方式，將A3接高電平，A4接低電平，其余管腳懸空，17管腳接數據采集系統的控制電路，MICRF002的14管腳接外部時鐘；單片機的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口作為數據的輸入端接PT2272的輸出端，P2.7口作為數據輸出端外接數據采集系統控制開關，EA/VPP端接高電平，CPU首先執行片內程序存儲器中的程序，然后自動轉向執行片外程序存儲器中的程序，XTAL1和XTAL2接外部時鐘。

3 軟件設計部分
3.1 無線控制程序
    無線開關是采用射頻識別(Radio Frequency Identification)技術，用無線遙控器控制各類燈具、門、窗簾等家居用品的一種新型智能開關，也可用于工業設備的開關。無線開關可以進行對碼，所謂對碼是接收器對發射器的地址碼和控制碼進行學習的過程，通過對碼建立主控與受控的關系，基于此原理就可以用電腦代替遙控器實現遙控器的功能。給Raspberry Pi裝上鍵盤和顯示器，便于程序的開發與調試，首先將Raspberry Pi映像安裝到SD卡中，在Linux系統下下載和安裝wiringPi的庫，安裝git-core：sudo apt-get install git-core；下載winringPi庫：git clone git://git.drogon.net/wiring；Pi編譯和安裝庫：cd wiringPi，./build，另外大家可以使用cd wiringPi，git pull origin命令對庫進行更新。在圖形操作界面中運行IDLE 3(Python的集成開發環境)，編寫遙控程序，程序流程圖如圖5所示，開啟指令和關閉指令分別通過管腳GPIO0和GPIO1發送出去。

3.2 Siri程序
    Siri指令的開發，首先便是要搭建SiriProxy代理服務器，服務器需要.net環境同時支持C++插件和.net插件，通過搭建好的平臺，安裝MySQL Community Server，下載相應數據庫并初始化，啟動MySQL 5.5 Command Line Client，執行create database siri_proxy；再執行：source C：\Users\CDTeam\Desktop\database.sql，配置SiriProxy，打開安裝目錄下的SiriProxySrv.properties，修改MySQL的數據庫連接參數：database.mysql.enable=true，database.mysql.dbname=siri_proxy(數據庫名)，database.mysql.user=root，database.mysql.password=(配置的數據庫密碼)，為iPhone 4S分配IP，server.iphone4s.IPv4v6=(iPhone 4S服務器的IP，如：192.168.1.122)，然后需要修改本地的DNS環境，將https://guzzoni.apple.com解析至之前設定的iPhone 4S服務器IP，最后啟動Siri Proxy?？梢宰约簞邮譃镾iriProxy編寫Ruby插件，然后在SiriProxy服務器上運行自己編寫好的PHP腳本，通過該腳本可以截獲通過Siri識別的語音指令，然后將指令發送到Raspberry Pi，進而控制數據采集系統的開啟。軟件流程圖如圖6所示。
3.3 單片機程序
    AP89S51單片機不僅功耗低，而且具有4 KB的在線編程Flash存儲器，利用該單片機編寫指令識別程序。P1.0~P1.7為雙向I/O口，接收從PT2272輸入的數據，通過單片機內置程序判斷是開啟指令還是關閉指令，并將控制指令通過P2.7口輸出。程序流程圖如圖7所示。

    基于Siri的遠程監控是控制時代的一種新思路，整合移動通信技術與控制技術，開辟了控制時代的新格局。運用現代通信技術，擴展了手機應用范圍，而且功能擴展性比較好，通過合理的設計，可以以一部iPhone手機，通過自然語言，以人機對話的方式控制諸多設備。此設計成本比較低，智能化程度較高，適應了智能控制發展潮流。
參考文獻
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