Управление встраиваемыми системами с использованием возможностей Intel Perceptual Computing SDK (Лекция 7)

Август 1, 2022

Главная
Информатика
Управление встраиваемыми системами с использованием возможностей Intel Perceptual Computing SDK (Лекция 7)

Содержание

2. Содержание лекции Встраиваемые системы и их особенности Техническая реализация Протоколы связи Система «Умный дом» и примеры
3. Встраиваемая (встроенная) система (Embedded System) Любая механическая или электрическая система, которая имеет в своем составе устройство
4. Микро-ЭВМ Микро-ЭВМ это вычислитель, центральный процессор которого выполнен на основе одной большой интегральной схемы (ИС), именуемой
5. Микроконтроллер (МК) Это интегральная схема, которая объединяет на одном полупроводниковом кристалле все основные функциональные блоки вычислителя
6. Виды вычислителей вычислители общего применения (компьютеры): могут выполнять множество программ, начиная от текстового редактора, заканчивая сложными
7. Особенности встраиваемых систем Работа в реальном времени Миниатюризация размеров Минимизация потребления энергии Интерфейс пользователя и интерфейс
8. Работа в реальном времени система должна производить определенные вычисления за строго определенные временные интервалы. Например, система
9. Работа в реальном времени необходимый цикл вычислений должен укладываться в отведенный временной интервал Система должна быть
10. Миниатюризация размеров Миниатюризация - одна из проблем разработчика современных встраиваемых систем. Геометрия определяется корпусом того устройства,
11. Минимизация потребления энергии Компьютеры общего назначения (за исключением ноутбуков) уделяют значительно меньше внимания вопросам энергопотребления устройства:
12. Минимизация потребления энергии Современные встраиваемые системы должны работать в условиях резкого ограничения потребляемой энергии - встраиваемые
13. Способы минимизации потребления энергии снижение частоты тактирования МК НО! для любой задачи реального времени имеется ограничение
14. Интерфейс пользователя и интерфейс сопряжения с объектом встраиваемая система должна взаимодействовать с пользователем или с окружающей
15. Интерфейс пользователя и интерфейс сопряжения с объектом Возможные решения лежат на стыке выбора типа датчиков (включая
16. Многозадачность Большинство встраиваемых систем должно обслуживать в реальном времени сразу несколько внешних устройств. Периоды повторения алгоритмов
17. Минимизация стоимости Каждая встраиваемая система имеет множество возможных решений: на уровне способа реализации (микроконтроллер или программируемая
18. Техническая реализация Встраиваемые системы подразделяются на: решения уровня плат (одноплатные компьютеры); аппаратные платформы (полностью скомпонованная аппаратная
19. Управляющие устройства Будем рассматривать: Системные платформы Intel PerC ОС: Windows 7, 8 миниатюрные компьютеры, построенные на
20. Одноплатные миниатюрные компьютеры высокая производительность (практически не уступающая обычному домашнему компьютеру) компактные размеры богатый набор периферии
21. Одноплатные миниатюрные компьютеры Класс одноплатных компьютеров, работающих на современных ОС, довольно широк. Самые популярные из них:
22. Intel NUC (Next Unit of Computing) Intel NUC - это гибкое встраиваемое решение с возможностью индивидуальной
23. RUGGCORE RUGGCORE – это новая серия встраиваемых компьютеров, которая выпускается компанией LITEMAX. Характеризуются высокой эффективностью, очень
24. iROBO-6000 iROBO-6000 – это высокотехнологичные PC-совместимые платформы в специальном исполнении. Порты ввода-вывода: VGA, DVI, DisplayPort, Gb
25. Протоколы связи
26. Проводные протоколы связи. Ethernet Ethernet - основной стандарт для организации высокоскоростного обмена информацией между различными устройствами
27. Проводные протоколы связи. X10 X10 – разработанная в 1975 году технология по-прежнему находит применение в различных
28. Проводные протоколы связи. 1-Wire 1-Wire (англ. один провод) двунаправленная шина связи для устройств с низкоскоростной передачей
29. Беспроводные протоколы связи беспроводная связь характеризуется периодической передачей небольшого количества информации между датчиком и центральным устройством.
30. Беспроводные протоколы связи Применяется в бытовых приборах, устройствах автоматики, дистанционном управлении, человеко-машинных интерфейсах (HID), интеллектуальных счетчиках,
31. Bluetooth с низким энергопотреблением В декабре 2009 года выпущена версия спецификации со сверхмалым пиковым, средним и
32. Bluetooth с низким энергопотреблением Применимо для небольших датчиков, работающих непрерывно (например, датчик температуры), общающиеся с другими
33. Wi-Fi В стандарт IEEE 802.11 (Wi-Fi) был введен ряд усовершенствований, которые позволили снизить мощность потребления. Технология
34. IrDA (Infra red Data Assotiation) IrDA позволяет соединяться при помощи ИК-излучения. ИК-диапазон (850–900 nm с 880nm
35. Zigbee Протоколы ZigBee разработаны для использования во встроенных приложениях, требующих низкую скорость передачи данных и низкое
36. Типовые области приложения Zigbee
37. Типовые области приложения Zigbee
38. Z-Wave Z-Wave представляет собой полностью беспроводную технологию, в основе которой лежит ячеистая сеть (mesh - сеть).
39. Сравнительные характеристики беспроводных протоколов связи
40. Система «Умный дом» структура и компоненты встраиваемых систем управления на примере «Умного дома»
41. «Умный дом» «Умный дом» (англ. Smart House) — жилой дом современного типа, организованный для удобства проживания
42. Возможная автоматизация управления Оборудованием отопления, вентиляции и кондиционирования Светильниками и их группами Жалюзи и автоматическими воротами
43. Инфраструктура и компоненты «Умного дома»
44. Управление «Умным домом» Доминирующее устройство ввода 20-го века - клавиатура. В первые годы 21-го века клавиатура
45. Предпосылки использования естественно-интуитивных интерфейсов Большая часть базовой технологии уже существует – многие цифровые устройства и электроприборы,
46. Предпосылки использования голосовых интерфейсов Разговорный язык - естественный, и во многих случаях более эффективный способ ввода,
47. Использование голосового управления Умным домом Узким местом в реализации домашних интеллектуальных систем остается автоматическое распознавание речи
48. Использование голосового управления Умным домом Исследования в данном направлении: клиент-серверная система голосового управления бытовыми приборами по
49. Система голосового управления домашней автоматизации низкой мощностью на основе ZigBee ZigBee приемник получает голосовую команду в
50. Система голосового управления домашней автоматизации низкой мощностью на основе ZigBee В системе голосовые команды преобразуются в
51. Клиент-серверная система голосового управления бытовыми приборами по беспроводному интерфейсу Клиент используется для захвата голосовых команд и
52. Клиент-серверная система голосового управления бытовыми приборами по беспроводному интерфейсу Производительность системы в значительной степени зависит от
53. Система голосового управления и мониторинга на базе мобильных устройств В основе авторский [17] алгоритм, который преобразует
54. Беспроводная система автоматизации дома Wireless Home Automation System (WHAS) - интегрированная система домашней автоматизации для престарелых
55. Функциональная блок-схема WHAS (A – аналоговые, D – цифровые).
56. Беспроводная система автоматизации дома Голос захватывается с помощью микрофона, сэмплируется, фильтруется и преобразуется в цифровой вид
57. Беспроводная система автоматизации дома Программная часть использует библиотеку Microsoft Speech API и распознает голос. После распознания
58. Предпосылки использования жестов для управления Умным домом Люди не задумываясь используют жесты для общения. Дети используют
59. Предпосылки использования жестов для управления Умным домом Используя жесты, человек способен взаимодействовать с машиной без каких-либо
60. Предпосылки использования жестов для управления Умным домом Техники захвата жестов могут включать в себя: использование инфракрасных
61. Предпосылки использования жестов для управления Умным домом Ограничения жестового взаимодействия: набор жестов для управления системами должен
62. Исследования в использовании жестов для управления система жестового трекинга для управления мультимедийной системой интуитивно понятным способом
63. Возможности Intel Perceptual Computing SDK для управления встраиваемыми системами
64. Возможности Intel Perceptual Computing SDK модули Intel Perceptual Computing SDK: модуль распознавания жестов, модуль распознавания лица
65. Возможности Intel Perceptual Computing SDK Технические особенности Creative Interactive Gesture Cam: камеры со встроенными микрофонами возможность
66. контроль домашней среды в реальном времени отслеживание присутствия человека в помещении адекватная реакция на команды человека
67. Пример одного из возможных сценариев домашней автоматизации Диммирование освещения
68. Ответить на звонок по громкой связи Включить/выключить аудио систему Пример одного из возможных сценариев домашней автоматизации
69. Открыть/Закрыть жалюзи Пример одного из возможных сценариев домашней автоматизации
70. Включить/выключить систему кондиционирования Пример одного из возможных сценариев домашней автоматизации
71. Начать разогрев еды в СВЧ печи Пример одного из возможных сценариев домашней автоматизации
72. “TV ON”/”TV OFF” “LIGHT ON”/”LIGHT OFF” “EMERGENCY CALL” Пример одного из возможных сценариев домашней автоматизации
73. Автоматическое открытие дверей Пример одного из возможных сценариев домашней автоматизации
74. Контрольные вопросы Расскажите про особенности архитектуры встраиваемых систем. Приведите примеры компьютеров на базе одной платы и
75. Контрольные вопросы Из каких компонент состоит система Умный дом? Какие модули Intel Perceptual Computing SDK могут
76. Контрольные вопросы Придумайте сценарий использования возможностей Intel Perceptual Computing SDK для управления встраиваемыми системами управления домашней
77. Список источников Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка C (пер. Ремизевич)
78. Список источников iROBO Embedded Промышленные компьютеры от IPC2U | Системы промышленной автоматизации. http://ipc2u.ru/ Умный дом своими
80. Скачать презентацию

Слайд 2

Содержание лекции
Встраиваемые системы и их особенности
Техническая реализация
Протоколы связи
Система «Умный дом» и

примеры использования естественно-интуитивных интерфейсов для ее управления
Возможности Intel PerC для управления встраиваемыми системами
Заключение
Контрольные вопросы

Слайд 3

Встраиваемая (встроенная) система (Embedded System)
Любая механическая или электрическая система, которая имеет

в своем составе устройство управления, выполненное на основе вычислителя.

Слайд 4

Микро-ЭВМ
Микро-ЭВМ это вычислитель, центральный процессор которого выполнен на основе одной большой

интегральной схемы (ИС), именуемой микропроцессором (МП).
Самый известный пример микро-ЭВМ —персональный компьютер (ПК)

Слайд 5

Микроконтроллер (МК)
Это интегральная схема, которая объединяет на одном полупроводниковом кристалле все

основные функциональные блоки вычислителя

Слайд 6

Виды вычислителей
вычислители общего применения (компьютеры):
могут выполнять множество программ, начиная от

текстового редактора, заканчивая сложными расчетными задачами моделирования механических конструкций и электронных схем.
вычислители встраиваемых систем (в будильнике, телефоне и карманном компьютере, автомобиле):
выполняют только специальную программу управления,
могут иметь дополнительные аппаратные средства, которые будут отличать его от компьютера общего применения.

Слайд 7

Особенности встраиваемых систем
Работа в реальном времени
Миниатюризация размеров
Минимизация потребления энергии

Интерфейс пользователя и интерфейс сопряжения с объектом
Многозадачность
Минимизация стоимости

Слайд 8

Работа в реальном времени
система должна производить определенные вычисления за строго

определенные временные интервалы.
Например, система антиблокировки колес автомобиля должна опросить датчики состояния каждого из четырех колес (колесо скользит или катится) и выработать необходимые сигналы для приводов тормозов в течение нескольких миллисекунд

Слайд 9

Работа в реальном времени
необходимый цикл вычислений должен укладываться в отведенный

временной интервал
Система должна быть устойчивой по отношению к внешним данным (например, данные не пришли вовремя)
не должна «зависнуть»
должна продолжить поставлять результаты в реальном времени, но в ином, возможно сокращенном виде

Слайд 10

Миниатюризация размеров
Миниатюризация - одна из проблем разработчика современных встраиваемых систем.

Геометрия определяется корпусом того устройства, для которого она предназначается (чаще всего миниатюрного):
мобильный телефон,
пульт управления телевизором,
датчик расхода воды и т.д.

Слайд 11

Минимизация потребления энергии
Компьютеры общего назначения (за исключением ноутбуков) уделяют значительно

меньше внимания вопросам энергопотребления устройства:
ПК питаются от централизованной сети, которая не накладывает существенных ограничений на энергию потребления,
объем корпуса ПК достаточно велик для размещения в нем устройства принудительного охлаждения.

Слайд 12

Минимизация потребления энергии
Современные встраиваемые системы
должны работать в условиях резкого ограничения

потребляемой энергии - встраиваемые систем с автономным питанием
отвечать требованиям миниатюризации систем

Слайд 13

Способы минимизации потребления энергии
снижение частоты тактирования МК
НО! для любой задачи реального

времени имеется ограничение снизу по вычислительной производительности.
временное отключение питания не используемых в данный момент периферийных модулей МК
НО! отключение какого–либо модуля в составе системы может привести к изменению электрических характеристик ее входов и выходов, и сказаться на работоспособности системы в целом.

Слайд 14

Интерфейс пользователя и интерфейс сопряжения с объектом
встраиваемая система должна взаимодействовать

с пользователем или с окружающей средой.
перемещающийся в пространстве робот должен с помощью инфракрасных датчиков обнаруживать препятствия и обходить их.
микроволновая печь должна взаимодействовать с человеком посредством кнопок режимов, установленных на передней панели прибора.
система охранной сигнализации должна взаимодействовать как с датчиками сохранности помещения, так и с органами управления человеком.

Слайд 15

Интерфейс пользователя и интерфейс сопряжения с объектом
Возможные решения лежат на

стыке
выбора типа датчиков (включая принцип действия датчика),
дизайн–проекта,
конструктивного исполнения,
аппаратного решения электронных блоков,
алгоритмов обработки информации.

Слайд 16

Многозадачность
Большинство встраиваемых систем должно обслуживать в реальном времени сразу несколько

внешних устройств.
Периоды повторения алгоритмов вычисления в реальном времени для каждого из устройств различаются.
Дилемма:
использовать для решения задачи один высокоскоростной МК,
сделать мультипроцессорную систему, где для каждой задачи будет использован собственный микропроцессор или микроконтроллер?

Слайд 17

Минимизация стоимости
Каждая встраиваемая система имеет множество возможных решений:
на уровне способа

реализации (микроконтроллер или программируемая логическая матрица, вариации интерфейсных схем к тому и другому решениям),
на уровне выбора конкретной элементной базы.
Выбор правильной стратегии проектирования с целью минимизации стоимости — одна из основных проблем проектирования встраиваемой системы.

Слайд 18

Техническая реализация
Встраиваемые системы подразделяются на:
решения уровня плат (одноплатные компьютеры);
аппаратные платформы (полностью

скомпонованная аппаратная часть, но без наполнения программным обеспечением);
системные платформы (аппаратная платформа с ОС и системным ПО)

Слайд 19

Управляющие устройства
Будем рассматривать:
Системные платформы Intel PerC
ОС: Windows 7, 8
миниатюрные компьютеры, построенные

на базе одной системной платы

Слайд 20

Одноплатные миниатюрные компьютеры
высокая производительность (практически не уступающая обычному домашнему компьютеру)
компактные

размеры
богатый набор периферии
наличие нескольких ОС,
стоимость и энергопотребление в несколько раз меньше,
уровень шума, создаваемого системой охлаждения, равен 0

Идеальное решение для создания встраиваемых систем, разработки ПО под ОС Windows, Linux и Android

Слайд 21

Одноплатные миниатюрные компьютеры
Класс одноплатных компьютеров, работающих на современных ОС, довольно широк.

Самые популярные из них:
Intel NUC
RUGGCORE
iROBO-6000

Слайд 22

Intel NUC (Next Unit of Computing)
Intel NUC - это гибкое встраиваемое

решение с возможностью индивидуальной настройки для выполнения интеллектуальных вычислений в рабочих средах с ограниченным пространством.

Оснащены достаточным объемом оперативной памяти и средствами коммуникаций.
Процессоры: Intel Core i5 vPro, Core i3 или Celerone
Поддерживаемые ОС: Windows 8 (8.1), 7, XP

Слайд 23

RUGGCORE
RUGGCORE – это новая серия встраиваемых компьютеров, которая выпускается компанией LITEMAX.

Характеризуются
высокой эффективностью,
очень компактными алюминиевыми корпусами, обеспечивающими защиту от механических ударов и проникновения пыли.
применимы для промышленной автоматизации.

Процессоры: Intel Core 2 Duo
Поддерживаемые ОС: стандартный набор

Слайд 24

iROBO-6000
iROBO-6000 – это высокотехнологичные PC-совместимые платформы в специальном исполнении.
Порты ввода-вывода:

VGA, DVI, DisplayPort, Gb LAN, COM, USB, DIO и т.д.
Процессоры: Intel Atom, Intel Core i3/i5
Поддерживаемые ОС: Windows 7, Windows Embedded Standart 2009

Выполнены исключительно в безвентиляторном исполнении

Слайд 25

Протоколы связи

Слайд 26

Проводные протоколы связи. Ethernet
Ethernet - основной стандарт для организации высокоскоростного обмена

информацией между различными устройствами

хорошо документирован
встроен в огромное количество контроллеров, микропроцессоров, отдельных чипов, готовых устройств
порт Ethernet интегрируется в бытовую технику, телевизоры, плееры, ресиверы, ПК.
обладает хорошей помехозащищенностью
Мин. скорость передачи данных 10/100 Мбит/с - достаточно для любых задач автоматизации.

Слайд 27

Проводные протоколы связи. X10
X10 – разработанная в 1975 году технология по-прежнему

находит применение в различных системах автоматизации.

передача по электросети.
Данные передаются короткими импульсами высокой частоты и синхронизированы с моментом прохождения тока нуля.
За один такой переход передается 1 бит => скорость передачи в сети X10 является крайне низкой [7].

Слайд 28

Проводные протоколы связи. 1-Wire
1-Wire (англ. один провод)
двунаправленная шина связи для

устройств с низкоскоростной передачей данных (обычно 15,4 Кбит/с, максимум 125 Кбит/с в режиме overdrive)
данные передаются по цепи питания (используются два провода — один для заземления, а второй для питания и данных; в некоторых случаях используют и отдельный провод питания) [8].

Слайд 29

Беспроводные протоколы связи
беспроводная связь характеризуется периодической передачей небольшого количества информации между

датчиком и центральным устройством.
Отвечает требованиям:
сверхмалое энергопотребление,
низкая стоимость
компактные размеры [9].

Слайд 30

Беспроводные протоколы связи
Применяется
в бытовых приборах,
устройствах автоматики,
дистанционном управлении,
человеко-машинных

интерфейсах (HID),
интеллектуальных счетчиках,
платежных системах и др.

Слайд 31

Bluetooth с низким энергопотреблением
В декабре 2009 года выпущена версия спецификации со

сверхмалым пиковым, средним и энергопотреблением в режиме простоя.
Во многих случаях устройства смогут работать более года на одной миниатюрной батарейке типа таблетка без подзарядки.

Слайд 32

Bluetooth с низким энергопотреблением
Применимо для небольших датчиков, работающих непрерывно (например, датчик

температуры), общающиеся с другими устройствами, такими как сотовый телефон или КПК
приложения для удаленного управления, медицинского наблюдения, спортивных датчиков и других устройств[10].

Слайд 33

Wi-Fi
В стандарт IEEE 802.11 (Wi-Fi) был введен ряд усовершенствований, которые позволили

снизить мощность потребления.
Технология оптимизирована для передачи большого объема данных с высокой скоростью.
не подходит для работы от батарейного питания.
требуется специальные программные драйвера,
функциональность таких устройств ограничена [9].

Слайд 34

IrDA (Infra red Data Assotiation)
IrDA позволяет соединяться при помощи ИК-излучения.
ИК-диапазон (850–900

nm с 880nm "пиком") с малой мощностью потребления
связь на коротком расстоянии до 1 метра в режиме точка-точка.
низкое потребление и экономичность.
не требует сертификации FCC (Федеральной Комиссии по Связи) [11].

Слайд 35

Zigbee
Протоколы ZigBee разработаны для использования во встроенных приложениях, требующих низкую скорость

передачи данных и низкое энергопотребление.
Цель ZigBee — это создание недорогой, самоорганизующейся сети с ячеистой топологией, предназначенной для решения широкого круга задач.
Созданная в итоге сеть потребляет очень мало энергии — индивидуальные устройства согласно данным сертификации ZigBee позволяют энергобатареям работать 2 года [12].

Слайд 36

Типовые области приложения Zigbee

Слайд 37

Типовые области приложения Zigbee

Слайд 38

Z-Wave
Z-Wave представляет собой полностью беспроводную технологию, в основе которой лежит ячеистая

сеть (mesh - сеть).
Каждое устройство и приемник и передатчик:
повышается надежность сети (при выходе из строя одного устройства, сигнал пойдет через соседнее)
зона покрытия расширяется простым добавлением новых устройств - повторителей сигнала.
не нужны дополнительные репитеры и усилители сигнала
при мизерной излучаемой мощности одного Z-Wave устройства, можно покрыть Z-Wave сетью большие площади помещений, домов [13].

Слайд 39

Сравнительные характеристики беспроводных протоколов связи

Слайд 40

Система «Умный дом»
структура и компоненты встраиваемых систем управления на примере «Умного

дома»

Слайд 41

«Умный дом»
«Умный дом» (англ. Smart House) — жилой дом современного типа,

организованный для удобства проживания людей при помощи высокотехнологичных устройств.
Электронные бытовые приборы могут быть объединены в домашнюю сеть Universal Plug’n’Play с возможностью выхода в сети общего пользования.
Умный дом - система, которая должна уметь распознавать конкретные ситуации, происходящие в здании, и соответствующим образом на них реагировать: одна из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам [14].

Слайд 42

Возможная автоматизация управления
Оборудованием отопления, вентиляции и кондиционирования
Светильниками и их группами
Жалюзи и

автоматическими воротами
Оборудованием, обеспечивающим безопасность
Бытовыми приборами, аудио- и видеотехникой и т.п.

Слайд 43

Инфраструктура и компоненты «Умного дома»

Слайд 44

Управление «Умным домом»
Доминирующее устройство ввода 20-го века - клавиатура.
В первые

годы 21-го века клавиатура остается доминирующим устройством ввода, но развитие науки стимулирует интерес к самым естественным методам человеческой коммуникации - разговорный язык и жесты.

Слайд 45

Предпосылки использования естественно-интуитивных интерфейсов
Большая часть базовой технологии уже существует –

многие цифровые устройства и электроприборы, информационно-развлекательные системы, датчики достаточно «умны», чтобы быть объединены в сеть.
Домашние беспроводные сети также широко распространены
встроенные системы производительны и относительно недороги и уже проникли почти во все части современного дома.

Слайд 46

Предпосылки использования голосовых интерфейсов
Разговорный язык - естественный, и во многих

случаях более эффективный способ ввода, чем клавиатура и мышь,
Разговорный язык доступен в то время и в тех местах, где другие устройства по некоторым причинам не могут быть применены.
Технологии синтеза речи совершенствуются
микрофоны и динамики встроены в карманные устройства, компьютеры

Слайд 47

Использование голосового управления Умным домом
Узким местом в реализации домашних интеллектуальных систем

остается автоматическое распознавание речи и аспекты понимания естественного языка.
Исследования в данном направлении:
система голосового управления домашней автоматизации низкой мощностью на основе ZigBee [15]

Слайд 48

Использование голосового управления Умным домом
Исследования в данном направлении:
клиент-серверная система голосового управления

бытовыми приборами по беспроводному интерфейсу [16]
Система голосового управления и мониторинга на базе мобильных устройств [17]
Беспроводная система автоматизации дома (WHAS) [18]

Слайд 49

Система голосового управления домашней автоматизации низкой мощностью на основе ZigBee
ZigBee

приемник получает голосовую команду в качестве входных данных, а затем пересылает эти данные на ARM9 контроллер
ARM9 контроллер преобразует входные данные в требуемый формат и отправляет данные в микроконтроллер через ZigBee
к микроконтроллеру присоединены управляемые устройства.

Слайд 50

Система голосового управления домашней автоматизации низкой мощностью на основе ZigBee
В

системе голосовые команды преобразуются в цифровые данные и отправляются последовательно в виде пакета двоичных данных.
В приемнике цифровые данные снова конвертируются в голос и передаются на компьютер через звуковую карту.
Microsoft Speech API используется для распознавания голоса.
После распознавания голоса, система генерирует управляющие символы, которые используемые включения и выключения приборов.

Слайд 51

Клиент-серверная система голосового управления бытовыми приборами по беспроводному интерфейсу
Клиент используется для

захвата голосовых команд и отправки данных на сервер по Wi-Fi.
Серверная часть оснащена системой распознавания речи с использованием Microsoft Speech (SAPI).
Сервер преобразует входящие голосовые команды в форму, которая может использоваться для управления бытовыми приборами.

Слайд 52

Клиент-серверная система голосового управления бытовыми приборами по беспроводному интерфейсу
Производительность системы в

значительной степени зависит
от зоны покрытия беспроводной сети,
расстояния до воспринимающих устройств,
типа голосового ввода и т.д.

Слайд 53

Система голосового управления и мониторинга на базе мобильных устройств
В основе авторский

[17] алгоритм, который преобразует устную речь в текстовом сообщении после извлечения некоторых специальных коэффициентов.
Для выделения и распознавания определенных слов используется нейронная сеть
Результаты показали, что точность предложенной системы составляла 84%.

Слайд 54

Беспроводная система автоматизации дома
Wireless Home Automation System (WHAS) - интегрированная

система домашней автоматизации для престарелых и инвалидов, в которой управление осуществляется на основе речевых команд.
Система легко настраиваема и интегрируема

Слайд 55

Функциональная блок-схема WHAS (A – аналоговые, D – цифровые).

Слайд 56

Беспроводная система автоматизации дома
Голос захватывается с помощью микрофона, сэмплируется, фильтруется и

преобразуется в цифровой вид при помощи аналого-цифрового преобразователя.
данные сжимаются и последовательно отправляются в виде пакетов двоичных данных.
В центральном модуле управления двоичные данные преобразуются аналоговый вид, фильтруются и поступают на компьютер через звуковую карту.

Слайд 57

Беспроводная система автоматизации дома
Программная часть использует библиотеку Microsoft Speech API и

распознает голос.
После распознания голосовой команды, управляющие символы отправляются по беспроводной сети на адрес управляемого устройства для его включения или отключения.

Слайд 58

Предпосылки использования жестов для управления Умным домом
Люди не задумываясь используют жесты

для общения.
Дети используют жесты для общения, прежде чем начать говорить.
Жест, выполненный какой-либо частью тела, используется в сочетании с вербальной коммуникацией или вместо нее.

Слайд 59

Предпосылки использования жестов для управления Умным домом
Используя жесты, человек способен взаимодействовать

с машиной без каких-либо механических устройств.
Естественные и интуитивные движения тела и жесты могут быть использованы в качестве команды или интерфейса для управления приборами, бытовой техники, подсистемами умного дома и т.д.

Слайд 60

Предпосылки использования жестов для управления Умным домом
Техники захвата жестов могут включать

в себя:
использование инфракрасных лучей,
цифровые или не цифровые перчатки,
видео камеры высокого разрешения,
датчики движения и т.д.

Слайд 61

Предпосылки использования жестов для управления Умным домом
Ограничения жестового взаимодействия:
набор жестов для

управления системами должен быть легко запоминающимся,
жест должен быть простым и его выполнение не должно требовать особых усилий.
Особенно важно для пожилых людей и людей с когнитивными нарушениями (сложно запомнить или сложно исполнить)

Слайд 62

Исследования в использовании жестов для управления
система жестового трекинга для управления мультимедийной

системой интуитивно понятным способом [19]
разработчики проекта поставили перед собой задачу заставить бытовую технику предугадывать намерения пользователя.
система контроля домашними приборами, такими как освещение и жалюзи, при помощи жестов тела[20]
Система одновременно сегментирует и распознает жесты с высокой точностью.

Слайд 63

Возможности Intel Perceptual Computing SDK
для управления встраиваемыми системами

Слайд 64

Возможности Intel Perceptual Computing SDK
модули Intel Perceptual Computing SDK:
модуль распознавания жестов,

модуль распознавания лица
модуль голосового управления

Слайд 65

Возможности Intel Perceptual Computing SDK
Технические особенности Creative Interactive Gesture Cam:
камеры со

встроенными микрофонами
возможность подключения их к единой системе программного управления, написанной с использованием библиотек Intel PerC

Слайд 66

контроль домашней среды в реальном времени
отслеживание присутствия человека в помещении
адекватная

реакция на команды человека
включение и отключение бытовых приборов
регулировка освещения, громкости аудио и видео системы
работа систем безопасности и т.д.

Слайд 67

Пример одного из возможных сценариев домашней автоматизации
Диммирование освещения

Слайд 68

Ответить на звонок по громкой связи
Включить/выключить аудио систему
Пример одного из возможных

сценариев домашней автоматизации

Слайд 69

Открыть/Закрыть жалюзи
Пример одного из возможных сценариев домашней автоматизации

Слайд 70

Включить/выключить систему кондиционирования
Пример одного из возможных сценариев домашней автоматизации

Слайд 71

Начать разогрев еды в СВЧ печи
Пример одного из возможных сценариев

домашней автоматизации

Слайд 72

“TV ON”/”TV OFF”
“LIGHT ON”/”LIGHT OFF”
“EMERGENCY CALL”
Пример одного из возможных сценариев

домашней автоматизации

Слайд 73

Автоматическое открытие дверей
Пример одного из возможных сценариев домашней автоматизации

Слайд 74

Контрольные вопросы
Расскажите про особенности архитектуры встраиваемых систем.
Приведите примеры компьютеров на базе

одной платы и примеры их использования.
Какие вы знаете беспроводные и проводные протоколы связи? В чем их особенности?
Что такое система Умный дом?

Слайд 75

Контрольные вопросы
Из каких компонент состоит система Умный дом?
Какие модули Intel Perceptual

Computing SDK могут быть использованы для управления встраиваемыми системами домашней автоматизации.

Слайд 76

Контрольные вопросы
Придумайте сценарий использования возможностей Intel Perceptual Computing SDK для управления

встраиваемыми системами управления домашней автоматизации.
Где еще, помимо Умного дома, могу быть применены возможности Intel Perceptual Computing SDK для естественно-интуитивного управления?

Слайд 77

Список источников
Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с

применением языка C (пер. Ремизевич) - Стивен Ф. Барретт - Дэниэл Дж Пак - http://lib.rus.ec/b/265220/read.
Встраиваемые системы. http://www.rodnik.ru/product/spa/embedded-solutions/
Обзор встраиваемых одноплатных мини компьютеров на современных процессорах. http://www.terraelectronica.ru/news_postup.php?ID=2726.
Семейство Intel NUC:Характеристики. http://www.intel.ru/content/www/ru/ru/motherboards/desktop-motherboards/nuc-family-features.html
Встраиваемые компьютеры серии RUGGCORE - Продукция LITEMAX Electronics. http://embedded.prosoft.ru/products/brands/litemax/382800/

Слайд 78

Список источников
iROBO Embedded Промышленные компьютеры от IPC2U | Системы промышленной

автоматизации. http://ipc2u.ru/
Умный дом своими руками. http://ab-log.ru/
1-Wire. http://ru.wikipedia.org/wiki/1-Wire
Беспроводные технологии с низким энергопотреблением. http://www.russianelectronics.ru/leader-r/review/2187/doc/58627/
Bluetooth с низким энергопотреблением. http://ru.wikipedia.org/wiki/Bluetooth_с_низким_энергопотреблением
Инфракрасный протокол связи – IrDA. http://www.ixbt.com/peripheral/irda.html
. What's so good about ZigBee networks?. Daintree Networks. http://www.daintree.net/downloads/whitepapers/mesh-networking.pdf
Z-Wave - новый стандарт в беспроводном дистанционном управлении. Z-Wave Russia. http://www.z-wave.ru/chto-takoe-z-wave/z-wave-novyj-standart.html
Умный дом. http://ru.wikipedia.org/wiki/Умный_дом

Управление встраиваемыми системами с использованием возможностей Intel Perceptual Computing SDK (Лекция 7)

Содержание

Содержание лекцииВстраиваемые системы и их особенностиТехническая реализацияПротоколы связиСистема «Умный дом» и

Встраиваемая (встроенная) система (Embedded System)Любая механическая или электрическая система, которая имеет

Микро-ЭВММикро-ЭВМ это вычислитель, центральный процессор которого выполнен на основе одной большой

Микроконтроллер (МК)Это интегральная схема, которая объединяет на одном полупроводниковом кристалле все

Виды вычислителейвычислители общего применения (компьютеры): могут выполнять множество программ, начиная от

Особенности встраиваемых системРабота в реальном времени Миниатюризация размеров Минимизация потребления энергии

Работа в реальном времени система должна производить определенные вычисления за строго

Работа в реальном времени необходимый цикл вычислений должен укладываться в отведенный

Миниатюризация размеров Миниатюризация - одна из проблем разработчика современных встраиваемых систем.

Минимизация потребления энергии Компьютеры общего назначения (за исключением ноутбуков) уделяют значительно

Минимизация потребления энергииСовременные встраиваемые системы должны работать в условиях резкого ограничения

Способы минимизации потребления энергииснижение частоты тактирования МКНО! для любой задачи реального

Интерфейс пользователя и интерфейс сопряжения с объектом встраиваемая система должна взаимодействовать

Интерфейс пользователя и интерфейс сопряжения с объектом Возможные решения лежат на

Многозадачность Большинство встраиваемых систем должно обслуживать в реальном времени сразу несколько

Минимизация стоимости Каждая встраиваемая система имеет множество возможных решений:на уровне способа

Техническая реализацияВстраиваемые системы подразделяются на:решения уровня плат (одноплатные компьютеры);аппаратные платформы (полностью

Управляющие устройстваБудем рассматривать:Системные платформы Intel PerCОС: Windows 7, 8миниатюрные компьютеры, построенные

Одноплатные миниатюрные компьютерывысокая производительность (практически не уступающая обычному домашнему компьютеру) компактные

Одноплатные миниатюрные компьютерыКласс одноплатных компьютеров, работающих на современных ОС, довольно широк.

Intel NUC (Next Unit of Computing)Intel NUC - это гибкое встраиваемое

RUGGCORERUGGCORE – это новая серия встраиваемых компьютеров, которая выпускается компанией LITEMAX.

iROBO-6000iROBO-6000 – это высокотехнологичные PC-совместимые платформы в специальном исполнении. Порты ввода-вывода:

Протоколы связи

Проводные протоколы связи. EthernetEthernet - основной стандарт для организации высокоскоростного обмена

Проводные протоколы связи. X10X10 – разработанная в 1975 году технология по-прежнему

Проводные протоколы связи. 1-Wire1-Wire (англ. один провод) двунаправленная шина связи для

Беспроводные протоколы связибеспроводная связь характеризуется периодической передачей небольшого количества информации между

Беспроводные протоколы связиПрименяется в бытовых приборах, устройствах автоматики, дистанционном управлении, человеко-машинных

Bluetooth с низким энергопотреблениемВ декабре 2009 года выпущена версия спецификации со

Bluetooth с низким энергопотреблениемПрименимо для небольших датчиков, работающих непрерывно (например, датчик

Wi-FiВ стандарт IEEE 802.11 (Wi-Fi) был введен ряд усовершенствований, которые позволили

IrDA (Infra red Data Assotiation)IrDA позволяет соединяться при помощи ИК-излучения.ИК-диапазон (850–900

ZigbeeПротоколы ZigBee разработаны для использования во встроенных приложениях, требующих низкую скорость

Типовые области приложения Zigbee

Типовые области приложения Zigbee

Z-WaveZ-Wave представляет собой полностью беспроводную технологию, в основе которой лежит ячеистая

Сравнительные характеристики беспроводных протоколов связи

Система «Умный дом»структура и компоненты встраиваемых систем управления на примере «Умного

«Умный дом»«Умный дом» (англ. Smart House) — жилой дом современного типа,

Возможная автоматизация управленияОборудованием отопления, вентиляции и кондиционированияСветильниками и их группамиЖалюзи и

Инфраструктура и компоненты «Умного дома»

Управление «Умным домом»Доминирующее устройство ввода 20-го века - клавиатура. В первые

Предпосылки использования естественно-интуитивных интерфейсов Большая часть базовой технологии уже существует –

Предпосылки использования голосовых интерфейсов Разговорный язык - естественный, и во многих

Использование голосового управления Умным домомУзким местом в реализации домашних интеллектуальных систем

Использование голосового управления Умным домомИсследования в данном направлении:клиент-серверная система голосового управления

Система голосового управления домашней автоматизации низкой мощностью на основе ZigBee ZigBee

Система голосового управления домашней автоматизации низкой мощностью на основе ZigBee В

Клиент-серверная система голосового управления бытовыми приборами по беспроводному интерфейсу Клиент используется для

Клиент-серверная система голосового управления бытовыми приборами по беспроводному интерфейсуПроизводительность системы в

Система голосового управления и мониторинга на базе мобильных устройствВ основе авторский

Беспроводная система автоматизации дома Wireless Home Automation System (WHAS) - интегрированная

Функциональная блок-схема WHAS (A – аналоговые, D – цифровые).

Беспроводная система автоматизации домаГолос захватывается с помощью микрофона, сэмплируется, фильтруется и

Беспроводная система автоматизации домаПрограммная часть использует библиотеку Microsoft Speech API и

Предпосылки использования жестов для управления Умным домомЛюди не задумываясь используют жесты

Предпосылки использования жестов для управления Умным домомИспользуя жесты, человек способен взаимодействовать

Предпосылки использования жестов для управления Умным домомТехники захвата жестов могут включать

Предпосылки использования жестов для управления Умным домомОграничения жестового взаимодействия:набор жестов для

Исследования в использовании жестов для управлениясистема жестового трекинга для управления мультимедийной

Возможности Intel Perceptual Computing SDKдля управления встраиваемыми системами

Возможности Intel Perceptual Computing SDKмодули Intel Perceptual Computing SDK:модуль распознавания жестов,

Возможности Intel Perceptual Computing SDKТехнические особенности Creative Interactive Gesture Cam:камеры со

контроль домашней среды в реальном времениотслеживание присутствия человека в помещении адекватная

Пример одного из возможных сценариев домашней автоматизацииДиммирование освещения

Ответить на звонок по громкой связиВключить/выключить аудио системуПример одного из возможных

Открыть/Закрыть жалюзиПример одного из возможных сценариев домашней автоматизации

Включить/выключить систему кондиционированияПример одного из возможных сценариев домашней автоматизации

Начать разогрев еды в СВЧ печи Пример одного из возможных сценариев

“TV ON”/”TV OFF”“LIGHT ON”/”LIGHT OFF”“EMERGENCY CALL” Пример одного из возможных сценариев

Автоматическое открытие дверей Пример одного из возможных сценариев домашней автоматизации

Контрольные вопросыРасскажите про особенности архитектуры встраиваемых систем.Приведите примеры компьютеров на базе

Контрольные вопросыИз каких компонент состоит система Умный дом?Какие модули Intel Perceptual

Содержание лекции
Встраиваемые системы и их особенности
Техническая реализация
Протоколы связи
Система «Умный дом» и

Встраиваемая (встроенная) система (Embedded System)
Любая механическая или электрическая система, которая имеет

Микро-ЭВМ
Микро-ЭВМ это вычислитель, центральный процессор которого выполнен на основе одной большой

Микроконтроллер (МК)
Это интегральная схема, которая объединяет на одном полупроводниковом кристалле все

Виды вычислителей
вычислители общего применения (компьютеры):
могут выполнять множество программ, начиная от

Особенности встраиваемых систем
Работа в реальном времени
Миниатюризация размеров
Минимизация потребления энергии

Работа в реальном времени
система должна производить определенные вычисления за строго

Работа в реальном времени
необходимый цикл вычислений должен укладываться в отведенный

Миниатюризация размеров
Миниатюризация - одна из проблем разработчика современных встраиваемых систем.

Минимизация потребления энергии
Компьютеры общего назначения (за исключением ноутбуков) уделяют значительно

Минимизация потребления энергии
Современные встраиваемые системы
должны работать в условиях резкого ограничения

Способы минимизации потребления энергии
снижение частоты тактирования МК
НО! для любой задачи реального

Интерфейс пользователя и интерфейс сопряжения с объектом
встраиваемая система должна взаимодействовать

Интерфейс пользователя и интерфейс сопряжения с объектом
Возможные решения лежат на

Многозадачность
Большинство встраиваемых систем должно обслуживать в реальном времени сразу несколько

Минимизация стоимости
Каждая встраиваемая система имеет множество возможных решений:
на уровне способа

Техническая реализация
Встраиваемые системы подразделяются на:
решения уровня плат (одноплатные компьютеры);
аппаратные платформы (полностью

Управляющие устройства
Будем рассматривать:
Системные платформы Intel PerC
ОС: Windows 7, 8
миниатюрные компьютеры, построенные

Одноплатные миниатюрные компьютеры
высокая производительность (практически не уступающая обычному домашнему компьютеру)
компактные

Одноплатные миниатюрные компьютеры
Класс одноплатных компьютеров, работающих на современных ОС, довольно широк.

Intel NUC (Next Unit of Computing)
Intel NUC - это гибкое встраиваемое

RUGGCORE
RUGGCORE – это новая серия встраиваемых компьютеров, которая выпускается компанией LITEMAX.

iROBO-6000
iROBO-6000 – это высокотехнологичные PC-совместимые платформы в специальном исполнении.
Порты ввода-вывода:

Проводные протоколы связи. Ethernet
Ethernet - основной стандарт для организации высокоскоростного обмена

Проводные протоколы связи. X10
X10 – разработанная в 1975 году технология по-прежнему

Проводные протоколы связи. 1-Wire
1-Wire (англ. один провод)
двунаправленная шина связи для

Беспроводные протоколы связи
беспроводная связь характеризуется периодической передачей небольшого количества информации между

Беспроводные протоколы связи
Применяется
в бытовых приборах,
устройствах автоматики,
дистанционном управлении,
человеко-машинных

Bluetooth с низким энергопотреблением
В декабре 2009 года выпущена версия спецификации со

Bluetooth с низким энергопотреблением
Применимо для небольших датчиков, работающих непрерывно (например, датчик

Wi-Fi
В стандарт IEEE 802.11 (Wi-Fi) был введен ряд усовершенствований, которые позволили

IrDA (Infra red Data Assotiation)
IrDA позволяет соединяться при помощи ИК-излучения.
ИК-диапазон (850–900

Zigbee
Протоколы ZigBee разработаны для использования во встроенных приложениях, требующих низкую скорость

Z-Wave
Z-Wave представляет собой полностью беспроводную технологию, в основе которой лежит ячеистая

Система «Умный дом»
структура и компоненты встраиваемых систем управления на примере «Умного

«Умный дом»
«Умный дом» (англ. Smart House) — жилой дом современного типа,

Возможная автоматизация управления
Оборудованием отопления, вентиляции и кондиционирования
Светильниками и их группами
Жалюзи и

Управление «Умным домом»
Доминирующее устройство ввода 20-го века - клавиатура.
В первые

Предпосылки использования естественно-интуитивных интерфейсов
Большая часть базовой технологии уже существует –

Предпосылки использования голосовых интерфейсов
Разговорный язык - естественный, и во многих

Использование голосового управления Умным домом
Узким местом в реализации домашних интеллектуальных систем

Использование голосового управления Умным домом
Исследования в данном направлении:
клиент-серверная система голосового управления

Система голосового управления домашней автоматизации низкой мощностью на основе ZigBee
ZigBee

Система голосового управления домашней автоматизации низкой мощностью на основе ZigBee
В

Клиент-серверная система голосового управления бытовыми приборами по беспроводному интерфейсу
Клиент используется для

Клиент-серверная система голосового управления бытовыми приборами по беспроводному интерфейсу
Производительность системы в

Система голосового управления и мониторинга на базе мобильных устройств
В основе авторский

Беспроводная система автоматизации дома
Wireless Home Automation System (WHAS) - интегрированная

Беспроводная система автоматизации дома
Голос захватывается с помощью микрофона, сэмплируется, фильтруется и

Беспроводная система автоматизации дома
Программная часть использует библиотеку Microsoft Speech API и

Предпосылки использования жестов для управления Умным домом
Люди не задумываясь используют жесты

Предпосылки использования жестов для управления Умным домом
Используя жесты, человек способен взаимодействовать

Предпосылки использования жестов для управления Умным домом
Техники захвата жестов могут включать

Предпосылки использования жестов для управления Умным домом
Ограничения жестового взаимодействия:
набор жестов для

Исследования в использовании жестов для управления
система жестового трекинга для управления мультимедийной

Возможности Intel Perceptual Computing SDK
для управления встраиваемыми системами

Возможности Intel Perceptual Computing SDK
модули Intel Perceptual Computing SDK:
модуль распознавания жестов,

Возможности Intel Perceptual Computing SDK
Технические особенности Creative Interactive Gesture Cam:
камеры со

контроль домашней среды в реальном времени
отслеживание присутствия человека в помещении
адекватная

Пример одного из возможных сценариев домашней автоматизации
Диммирование освещения

Ответить на звонок по громкой связи
Включить/выключить аудио систему
Пример одного из возможных

Открыть/Закрыть жалюзи
Пример одного из возможных сценариев домашней автоматизации

Включить/выключить систему кондиционирования
Пример одного из возможных сценариев домашней автоматизации

Начать разогрев еды в СВЧ печи
Пример одного из возможных сценариев

“TV ON”/”TV OFF”
“LIGHT ON”/”LIGHT OFF”
“EMERGENCY CALL”
Пример одного из возможных сценариев

Автоматическое открытие дверей
Пример одного из возможных сценариев домашней автоматизации

Контрольные вопросы
Расскажите про особенности архитектуры встраиваемых систем.
Приведите примеры компьютеров на базе

Контрольные вопросы
Из каких компонент состоит система Умный дом?
Какие модули Intel Perceptual