危機四伏，智能照明如何更好地實現(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)研究院預計，2022年中國智能照明行業(yè)市場規(guī)模將達431億元，相較于2021年，同比增速高達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、強弱調(diào)節(jié)等智能化方式，智能照明不僅提升了用戶體驗，還能通過延長燈具壽命、減少能源消耗等方式助力實現(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)進入到這一市場。當前的市場潮頭當屬基于智能語音實現(xiàn)智能照明系統(tǒng)，消費者只需要呼喚系統(tǒng)的名字并下達指令，想開哪里的燈，哪里的燈便會應聲點亮，非常簡單、方便。

然而，智能語音系統(tǒng)對于消費者語音的收集是實時的，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對這些問題帶來的挑戰(zhàn)。

危機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)等多種實現(xiàn)方式，根據(jù)實現(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，以此來收集消費者的語音控制指令，來實現(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，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和智能音箱等智能化設備進行聯(lián)動，通過網(wǎng)絡將智能設備上接收的語音指令傳達到智能照明系統(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險，包括算法安全風險、數(shù)據(jù)安全風險和網(wǎng)絡安全風險等，而這些風險都指向了一個目標，那就是獲取用戶隱私數(shù)據(jù)。比如在網(wǎng)絡安全風險層面，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)聽智能設備接收到的消費者語音，這就相當于在消費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，進而對離線語音做監(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，助力廣大設計者完成安全、智能的語音照明系統(tǒng)設計。

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、設備互聯(lián)和安全信息保護等方面都非常出色，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，性能更強且與STM32F3系列MCU高度兼容，確保在設計不同性能等級的衍生應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勁的性能、豐富的內(nèi)置數(shù)模外設、功能安全與信息安全以及完整的平臺。

●    關(guān)于強勁的性能

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)學運算加速器。再加上產(chǎn)品本身高達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

STM32G4系列MCU集成比較器、運算放大器、DAC等多種數(shù)模外設，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。該系列產(chǎn)品采用具有糾錯碼(ECC)的雙BankFlash機制，支持同時在兩個不同的Bank上加載應用程序，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；支持AES硬件加密，進一步強化系統(tǒng)安全。更需要格外強調(diào)的是，得益于STM32Trust提供的強大的安全架構(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)建安全連接的射頻開發(fā)包

隨著智能家居概念的全面普及，當前的智能語音照明系統(tǒng)已經(jīng)不是簡單的單點式設備，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)應用，我們向大家推薦來自制造商Nordic Semiconductor的nRF21540 DB射頻開發(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，支持藍牙低功耗、藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡、Thread和Zigbee（802.15.4）及專有2.4GHz。先看無線性能，nRF21540能夠為系統(tǒng)帶來增強的鏈路穩(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遠程控制。

nRF21540是制造商Nordic Semiconductor明星產(chǎn)品nRF52832的補充，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)絡連接的安全性，nRF21540 DB射頻開發(fā)包里的nRF52840 SoC除了支持各項網(wǎng)絡協(xié)議本身的安全標準外，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，為系統(tǒng)網(wǎng)絡安全連接保駕護航，讓不法分子無法通過網(wǎng)絡傳輸環(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，因此不能因為智能化而忽視了系統(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（線圈與接點間的絕緣沿面距離僅為8mm）的前提下，實現(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+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，并且符合電容器負載標準（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功率繼電器也可應用于電表、不間斷電源（UPS）、工廠自動化設備、樓宇自動化、住宅設備等。

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，所應用到的傳感器除了麥克風，還會有亮度傳感器和移動傳感器等，豐富的傳感器配置進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提供了更高的設計冗余度，能夠面向更廣闊的應用場景。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備的理想方案，比如衛(wèi)生設備中的手檢測，殺菌設備中的人體檢測，以及溫度測量設備中的人體檢測等。不受環(huán)境光影響的優(yōu)質(zhì)特性，讓這些方案設計更加穩(wěn)定可靠。

更好地實現(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，帶有深度學習的系統(tǒng)算法就更是如此，如何保護用戶敏感信息是設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作為關(guān)鍵性能，為系統(tǒng)保駕護航。同時，更好地實現(xiàn)智能語音照明系統(tǒng)也不能忽視系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性以及人性化設計，來自Omron Electronics等制造商的方案都是這方面的理想選擇?？偠灾Q(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)。

來源：貿(mào)澤電子