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危机四伏,智能照明如何更好地实现智能语音?

如果有人抛出问题:什么是人工智能?不同的人会有不同的答案,他们往往会根据自己身边的相关应用去做描述。比如说智能照明,就是通过物联网技术、有线/无线通讯技术、电力载波通讯技术、智能化信息处理技术和分布式控制技术等,实现对照明系统的智能化控制。

随着人工智能技术在终端市场的有序落地,近几年智能家居概念火热,而作为智能家居重要组成部分的智能照明系统也在高速发展。根据前瞻产业研究院预计,2022年中国智能照明行业市场规模将达431亿元,相较于2021年,同比增速高达23%。对于社会发展而言,无论是公共场所还是私域的智能照明系统,都将作为节能减排大事业的一部分通过按需开关、场景控制、强弱调节等智能化方式,智能照明不仅提升了用户体验,还能通过延长灯具寿命、减少能源消耗等方式助力实现更加绿色的社会生活。

智能照明市场的爆发让更多人工智能技术进入到这一市场。当前的市场潮头当属基于智能语音实现智能照明系统,消费者只需要呼唤系统的名字并下达指令,想开哪里的灯,哪里的灯便会应声点亮,非常简单、方便。

然而,智能语音系统对于消费者语音的收集是实时的,因此会包含不少敏感信息,这就吸引了不法分子的关注。这篇文章我们就着重聊一下智能语音照明系统现有的问题,以及贸泽电子上在售的电子元器件如何从硬件角度应对这些问题带来的挑战。

危机四伏的智能语音照明

智能化时代,灯具已经不能再简单定义为照明工具,它为家庭和办公等场景营造了不同的氛围,为工作和生活带来舒适和便捷,从自动控制、智能变光到分布式联网架构,越来越智能的智能照明已经成为智能家居不可或缺的一部分,是一个新且优的发展方向。而我们必须要说的是,基于智能语音系统打造的智能照明系统无疑是简单、方便的一大代表。

从实现方式来看,智能语音照明有方案内置、中控集成和组网等多种实现方式,根据实现方式的不同,智能语音模块将被放置在灯具、控制面板、联网模块等不同位置,以此来收集消费者的语音控制指令,来实现对灯具开关、亮度和颜色等方面的控制和调节。

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图1:智能语音照明典型实现方式

(图源:启英泰伦)

一般而言,离线控制的智能语音照明多采用方案内置和中控集成的方式,将智能语音模块直接集成在灯具和控制面板中,算法跑在本地系统,不需要连接网络,用户就可以通过语音指令控制灯具;在线控制的智能语音照明则多与智能手机和智能音箱等智能化设备进行联动,通过网络将智能设备上接收的语音指令传达到智能照明系统的数字智能网关,然后系统完成相关操作。

然而,引入智能语音这个便捷的方式,也为智能照明系统带来了全新的安全风险,包括算法安全风险、数据安全风险和网络安全风险等,而这些风险都指向了一个目标,那就是获取用户隐私数据。比如在网络安全风险层面,不法商家和黑客可以通过智能网关为切入口,在线监听智能设备接收到的消费者语音,这就相当于在消费者家中安装了一个监听系统。同理,主控制板也可成为攻击目标,进而对离线语音做监听。

此外,对于离线控制的智能语音照明,还有一个挑战是对于算法的支持。如果算法智能化能力不足,便会出现背景噪音、人声干扰等问题,让照明系统出现误操作。这些问题会让使用体验大打折扣。

如上所述,贸泽电子上有丰富的硬件方案能够帮助大家解决上述难题,助力广大设计者完成安全、智能的语音照明系统设计。

安全和硬件加速都很出色的MCU

无论是离线还是在线的智能语音照明系统,控制模块的性能决定了照明系统的智能化水平。这些控制模块或置于主控模板之中,或者直接集成在灯具的内部。下面我们要介绍的这款元器件,在算法支持、设备互联和安全信息保护等方面都非常出色,是打造高水平、安全智能语音照明系统的理想选择。它就是贸泽电子在售的来自制造商ST的STM32G4混合信号微控制器(MCU),贸泽电子上的制造商编号为STM32G491CEU6。

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图2:STM32G4混合信号微控制器

(图源:ST)

基于Arm®Cortex®-M4内核打造的STM32G4系列MCU是STM32F3系列的延续版本,性能更强且与STM32F3系列MCU高度兼容,确保在设计不同性能等级的衍生应用时提供出色的效率。

STM32G4系列MCU拥有四大突出的产品特性,为智能语音照明系统赋能。这四大突出特性分别是强劲的性能、丰富的内置数模外设、功能安全与信息安全以及完整的平台。

● 关于强劲的性能

STM32G4系列是带有DSP和FPU指令的MCU,并集成了3种不同的硬件加速器:ART Accelerator™、CCM-SRAM执行加速器以及数学运算加速器。再加上产品本身高达170MHz的高主频,STM32G4系列MCU可提供出色的计算性能。高效的信号处理以及复杂的算法执行,对方案算法有着更充分的支持。

● 关于丰富的内置数模外设

STM32G4系列MCU集成比较器、运算放大器、DAC等多种数模外设,为方案开发带来了更大的自由度。

● 关于功能安全与信息安全

STM32G4系列MCU为系统方案带来了全面的保护。该系列产品采用具有纠错码(ECC)的双BankFlash机制,支持同时在两个不同的Bank上加载应用程序,为系统在线升级开通安全的“绿色通道”;拥有可配置大小的安全存储区,用于存放密钥等敏感信息,并得到篡改检测电路的保护;支持AES硬件加密,进一步强化系统安全。更需要格外强调的是,得益于STM32Trust提供的强大的安全架构,可确保安全连接和系统完整性。

● 关于完整的平台

STM32G4系列MCU可共享STM32家族的生态资源,并拥有专门的参考设计和全面性平台,无论是面向通用型市场,还是数字开关电源、照明、焊接、太阳能和无线充电等数字电源转换应用,该系列产品都是高性价比之选。

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图3:STM32Trust安全架构

(图源:ST官网)

帮助构建安全连接的射频开发包

随着智能家居概念的全面普及,当前的智能语音照明系统已经不是简单的单点式设备,而是一个联动的系统,覆盖家庭里的每一寸空间。因此,无线连接便成为整个系统必须要有的一部分,并承担着信息传输的重任。

为帮助大家构建安全可靠的联网应用,我们向大家推荐来自制造商Nordic Semiconductor的nRF21540 DB射频开发包,大家可以通过在贸泽电子网站上搜索制造商编号nRF21540-DB找到这款方案。

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图4:nRF21540 DB射频开发包

(图源:Nordic Semiconductor)

nRF21540 DB射频开发包内置nRF21540开发套件(DK)和带nRF21540射频前端模块(FEM)的nRF21540评估套件(EK)。显然,nRF21540射频前端模块是这款开发包的核心。在贸泽电子上,这款器件的制造商编号为nRF21540-QDAA-R。

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图5:nRF21540射频前端模块

(图源:Nordic Semiconductor)

nRF21540是一款“即插即用”的射频前端模块,支持蓝牙低功耗、蓝牙网状网络、Thread和Zigbee(802.15.4)及专有2.4GHz。先看无线性能,nRF21540能够为系统带来增强的链路稳定性,在发射路径(Tx)中提供可配置增益功率放大器(PA),在接收路径(Rx)中提供低噪声放大器(LNA),非常适用于智能照明这类低功耗短程无线解决方案,此外该器件适用的领域还有其他类型智能家居、工业和工厂自动化、资产跟踪、医疗、体育和健身、音频以及高级CE远程控制。

nRF21540是制造商Nordic Semiconductor明星产品nRF52832的补充,将后者的高性能带入到智能语音照明等低功耗物联网场景中,而通过nRF21540 DB射频开发包,工程师朋友不仅能够快速了解nRF21540领先的射频性能,同时开发包还包含nRF52840 SoC,在nRF21540开发套件上也有专门的接口连接到nRF52840 SoC。也就是说,有了这个开发包,工程师朋友就可以基于时下各种热门的物联网网络构建在线的智能语音照明系统,非常便捷。

nRF21540评估套件的存在则能够帮助大家评估nRF21540的产品性能。

说到网络连接的安全性,nRF21540 DB射频开发包里的nRF52840 SoC除了支持各项网络协议本身的安全标准外,还同时提供安全性出色的Arm®CryptoCell-310加速器以及与之配套的软件安全保护,为系统网络安全连接保驾护航,让不法分子无法通过网络传输环节盗取智能语音照明系统的用户语音信息。

照明稳定控制不容忽视

智能语音照明系统的最终目的是提供智能、便捷、稳定的照明,因此不能因为智能化而忽视了系统的根本作用。为帮助广大工程师朋友打造稳定可靠的智能照明系统,我们为大家推荐贸泽电子在售的来自制造商Omron Electronics的G5RL-U/-K PCB功率继电器,制造商编号为G5RL-U1-E-DC12。

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图6:G5RL-U/-K PCB功率继电器

(图源:Omron Electronics)

G5RL-U/-K PCB功率继电器可在小型、低背(线圈与接点间的绝缘沿面距离仅为8mm)的前提下,实现16A、耐高冲击开关的高性能闭锁继电器,其中G5RL-U1-E-DC12为高容量、单线圈闭锁型产品。

G5RL-U/-K PCB功率继电器能够适应+85°C的环境工作温度、10kV冲击耐受电压和 16A高浪涌开关电流,并且符合电容器负载标准(IEC60669-1)和耐燃性国际安全规格(IEC60335-1),为照明控制和智能家居带来行业领先的稳定性。此外,G5RL-U/-K PCB功率继电器也可应用于电表、不间断电源(UPS)、工厂自动化设备、楼宇自动化、住宅设备等。

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图7:G5RL-U/-K PCB功率继电器开关容量的最大值

(图源:Omron Electronics)

同时,我们也注意到,在智能语音照明系统中,所应用到的传感器除了麦克风,还会有亮度传感器和移动传感器等,丰富的传感器配置进一步提升了整个系统的智能化程度。

那么,接下来我们为大家介绍的便是一款可应用于人体检测的传感器,依然是来自制造商Omron Electronics,贸泽电子上的制造商编号为B5W-DB1452-1。

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图8:B5W-DB漫反射型传感器

(图源:Omron Electronics)

B5W-DB是超小型远距离漫反射型传感器,提供550mm的检测范围,四个方向灵活的安装方式,使其可以被安装在任何位置。面向人体检测或者人手检测,B5W-DB提供了更高的设计冗余度,能够面向更广阔的应用场景。在智能语音照明领域,B5W-DB是工程师朋友打造“伴随式”智能照明系统的绝佳选择,无需PCB只通过1m微型光电传感器连接器线束就可以将人体感应照明开关放置在家里的任何位置。

此外,B5W-DB也是无接触式消毒设备的理想方案,比如卫生设备中的手检测,杀菌设备中的人体检测,以及温度测量设备中的人体检测等。不受环境光影响的优质特性,让这些方案设计更加稳定可靠。

更好地实现智能语音照明

如上所述,作为目前最便捷的控制方式,智能语音照明是一个新且优的发展方向。但智能化往往和用户信息挂钩,带有深度学习的系统算法就更是如此,如何保护用户敏感信息是设计智能语音照明系统的前提。在贸泽电子,无论是微控制器,还是无线连接器件,这些硬件方案不仅性能出众,而且都将软硬件安全保护作为关键性能,为系统保驾护航。同时,更好地实现智能语音照明系统也不能忽视系统本身的稳定性以及人性化设计,来自Omron Electronics等制造商的方案都是这方面的理想选择。总而言之,贸泽电子海量的原厂授权器件,能够帮助工程师朋友高效、高性价比地打造出更好的智能语音照明系统。

来源:贸泽电子



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