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(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)醫(yī)藥企業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制，并詳細(xì)敘述了該系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。該系統(tǒng)利用Siri的語音識別功能，由SiriProxy代理服務(wù)器截取Siri的返回信息，并將該信息通過網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的正常開啟與關(guān)閉。
關(guān)鍵詞： Siri；WIFI；GPRS；遠(yuǎn)程控制；樹莓派；智能監(jiān)控

    隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電子技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日漸成熟[1]，智能監(jiān)控手段也變得多樣化[2]。同時，智能手機(jī)和平板電腦的迅猛革新，使手持移動設(shè)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(jiān)控發(fā)展的一種趨勢。
    在企業(yè)的智能監(jiān)控中，對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制多采用有線式或者基于GPRS的手機(jī)無線式控制，這兩種方式都具有一定的局限性，有線式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的安裝布線多有不便，而無線式手機(jī)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(tǒng)ios5的Siri個人助力業(yè)務(wù)，采用無線通信的架構(gòu)WIFI與3G，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的遠(yuǎn)程遙控，充分利用了GPRS網(wǎng)絡(luò)高頻譜利用率、高業(yè)務(wù)質(zhì)量、適應(yīng)多業(yè)務(wù)環(huán)境，并具有較好的網(wǎng)絡(luò)靈活性和全覆蓋能力等優(yōu)點[3]。
1 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    本文的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)、Raspberry Pi(樹莓派)、SD(Secure Digital Memory Card)卡、USB無線網(wǎng)卡、編碼器、發(fā)射模塊、無線開關(guān)、解碼器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通過移動終端(蘋果手機(jī)或者平板)的Siri語音輸入控制指令，通過GPRS或者WIFI網(wǎng)絡(luò)、Siri服務(wù)器傳輸?shù)絉aspberry Pi，并通過Raspberry Pi控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用的是單項控制方式，主要是Siri個人助理向Raspberry Pi發(fā)送操作指令，由Raspberry Pi控制采集系統(tǒng)的開啟或者關(guān)閉，指令完成以后將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開閉狀態(tài)反饋給使用者，讓使用者能夠了解指令的執(zhí)行情況。
2 系統(tǒng)的通信原理及硬件設(shè)計
    本文的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要采用蘋果移動設(shè)備ios系統(tǒng)Siri個人助理發(fā)送操作指令，采用GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，利用Raspberry Pi個人電腦進(jìn)行指令的無線接收及傳輸，并控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開關(guān)操作。
2.1 Siri
    Siri是蘋果公司在其產(chǎn)品iPhone及iPad上應(yīng)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(guān)系從而給出答復(fù)； 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(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下都能正常使用?？梢哉f，Siri將用戶問題的關(guān)鍵字和相關(guān)的行為活動信息與數(shù)據(jù)進(jìn)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(fā)接口，但可借助開發(fā)者開發(fā)的一套名為SiriProxy的程序。SiriProxy是一個代理服務(wù)器，開發(fā)者可以為這個代理服務(wù)器添加自定義的插件，用于截取可識別的語音命令進(jìn)而調(diào)用Siri實現(xiàn)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(fā)的能力，通過SiriProxy插件可以讓Siri執(zhí)行使用者設(shè)定的指令，豐富了Siri的應(yīng)用范圍。因為SiriProxy既可以安裝在越獄的設(shè)備上也可以安裝在未越獄的設(shè)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(tǒng)的個人電腦，配備一枚700 MHz的處理器，256 B內(nèi)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(tǒng)鏡像。對于GPIO（General Purpose Input Output），只需要讀寫/sys文件系統(tǒng)就可以實現(xiàn)交互控制。由于多數(shù)的車庫門控制系統(tǒng)是比較單一的開關(guān)控制，并不具備無線遠(yuǎn)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(jù)需求選用具有以太網(wǎng)接口及USB接口的B型。
2.4 GPRS和WIFI
    GPRS(General Packet Radio Servers)是在現(xiàn)有GSM移動通信系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)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(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS具有傳輸速率高(是現(xiàn)有GSM 網(wǎng)絡(luò)的10倍以上)、實時性強(qiáng)、系統(tǒng)容量大、通信費用低、永遠(yuǎn)在線、適合遠(yuǎn)程控制等特點[5]。特別適用于間斷、突發(fā)性或頻繁、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸[6]。GPRS能夠在原有GSM 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸在于它是基于多個GSM 時隙的復(fù)用機(jī)制的數(shù)據(jù)傳輸，不同網(wǎng)絡(luò)用戶通過復(fù)用機(jī)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(qū)安全、汽車防盜、環(huán)保等領(lǐng)域得到了比較廣泛的應(yīng)用。
    WIFI(Wireless Fidelity)是當(dāng)今使用最廣的一種無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，是一種能夠?qū)€人電腦、手持設(shè)備(如PDA、手機(jī)、Pad)等終端以無線方式互相連接的技術(shù)。WIFI為用戶提供了無線的寬帶互聯(lián)網(wǎng)訪問的技術(shù)，可以幫助用戶訪問電子郵件、Web和流式媒體。WIFI無線網(wǎng)絡(luò)在開放性區(qū)域，通信距離可達(dá)305 m；在封閉性區(qū)域，通信距離為76 m～122 m[8]，便于與現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)絡(luò)整合，可以在降低成本的前提下為用戶提供更好的服務(wù)。WIFI技術(shù)的優(yōu)點在于：(1)信號范圍廣，適合辦公室及單位樓層內(nèi)部使用；(2)傳輸速度快、可靠性高。802．1lb無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范是IEEE802．11網(wǎng)絡(luò)規(guī)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(diào)整為5．5 Mb/s、2 Mb/s和1 Mb/s帶寬的自動調(diào)整，有效地保障了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性；(3)無需布線，WIFI最主要的優(yōu)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(wǎng)絡(luò)空間，也節(jié)省了大量的設(shè)計成本。由于“熱點”所發(fā)射出的電波可以達(dá)到距接入點半徑數(shù)10 m～100 m的地方，用戶只要將安裝有無線設(shè)備的筆記本電腦、手機(jī)等裝置拿到無線信號覆蓋的區(qū)域內(nèi)，即可以自由上網(wǎng)。
2.5 硬件設(shè)備搭建
    硬件的搭設(shè)如圖2所示，采用5 V/1 A的mini USB通用型手機(jī)充電器作為外接電源，插入SUB無線網(wǎng)卡即可連接外部WIFI網(wǎng)絡(luò)。發(fā)射器采用315 MHz發(fā)射模塊，為了防止重碼的產(chǎn)生，在發(fā)射器電路設(shè)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(tài)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(shù)據(jù)輸入端，設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出。此次設(shè)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(fā)射模塊的GND連接Raspberry Pi的Ground管腳，發(fā)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(fā)射模塊的VCC外接5 V電源。在接收器接收到信號后要經(jīng)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(jī)的連接電路圖如圖4所示。PT2272采用發(fā)射端相對應(yīng)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制電路，MICRF002的14管腳接外部時鐘；單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口作為數(shù)據(jù)的輸入端接PT2272的輸出端，P2.7口作為數(shù)據(jù)輸出端外接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制開關(guān)，EA/VPP端接高電平，CPU首先執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器中的程序，然后自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲器中的程序，XTAL1和XTAL2接外部時鐘。

3 軟件設(shè)計部分
3.1 無線控制程序
    無線開關(guān)是采用射頻識別(Radio Frequency Identification)技術(shù)，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(guān)，也可用于工業(yè)設(shè)備的開關(guān)。無線開關(guān)可以進(jìn)行對碼，所謂對碼是接收器對發(fā)射器的地址碼和控制碼進(jìn)行學(xué)習(xí)的過程，通過對碼建立主控與受控的關(guān)系，基于此原理就可以用電腦代替遙控器實現(xiàn)遙控器的功能。給Raspberry Pi裝上鍵盤和顯示器，便于程序的開發(fā)與調(diào)試，首先將Raspberry Pi映像安裝到SD卡中，在Linux系統(tǒng)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(jìn)行更新。在圖形操作界面中運行IDLE 3(Python的集成開發(fā)環(huán)境)，編寫遙控程序，程序流程圖如圖5所示，開啟指令和關(guān)閉指令分別通過管腳GPIO0和GPIO1發(fā)送出去。

3.2 Siri程序
    Siri指令的開發(fā)，首先便是要搭建SiriProxy代理服務(wù)器，服務(wù)器需要.net環(huán)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(yīng)數(shù)據(jù)庫并初始化，啟動MySQL 5.5 Command Line Client，執(zhí)行create database siri_proxy；再執(zhí)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(shù)據(jù)庫連接參數(shù)：database.mysql.enable=true，database.mysql.dbname=siri_proxy(數(shù)據(jù)庫名)，database.mysql.user=root，database.mysql.password=(配置的數(shù)據(jù)庫密碼)，為iPhone 4S分配IP，server.iphone4s.IPv4v6=(iPhone 4S服務(wù)器的IP，如：192.168.1.122)，然后需要修改本地的DNS環(huán)境，將https://guzzoni.apple.com解析至之前設(shè)定的iPhone 4S服務(wù)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(wù)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(fā)送到Raspberry Pi，進(jìn)而控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開啟。軟件流程圖如圖6所示。
3.3 單片機(jī)程序
    AP89S51單片機(jī)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(jī)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(shù)據(jù)，通過單片機(jī)內(nèi)置程序判斷是開啟指令還是關(guān)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(yuǎn)程監(jiān)控是控制時代的一種新思路，整合移動通信技術(shù)與控制技術(shù)，開辟了控制時代的新格局。運用現(xiàn)代通信技術(shù)，擴(kuò)展了手機(jī)應(yīng)用范圍，而且功能擴(kuò)展性比較好，通過合理的設(shè)計，可以以一部iPhone手機(jī)，通過自然語言，以人機(jī)對話的方式控制諸多設(shè)備。此設(shè)計成本比較低，智能化程度較高，適應(yīng)了智能控制發(fā)展潮流。
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