摘 要：介绍了一种基于苹果公司Siri个人助理的智能控制方式，通过GPRS和WIFI网络实现医药企业数据采集系统远程控制，并详细叙述了该系统的硬件和软件设计。该系统利用Siri的语音识别功能，由SiriProxy代理服务器截取Siri的返回信息，并将该信息通过网络传递给树莓派（个人迷你电脑），树莓派解析控制信息并控制数据采集系统的正常开启与关闭。
关键词：Siri；WIFI；GPRS；远程控制；树莓派；智能监控
随着科学技术的不断进步，电子技术与网络技术日渐成熟[1]，智能监控手段也变得多样化[2]。同时，智能手机和平板电脑的迅猛革新，使手持移动设备的智能程度越来越高，不仅让生活更加丰富多彩，而且使得办公更加便捷，逐渐成为未来智能监控发展的一种趋势。
在企业的智能监控中，对于数据采集系统的控制多采用有线式或者基于GPRS的手机无线式控制，这两种方式都具有一定的局限性，有线式数据采集系统的安装布线多有不便，而无线式手机控制指令输入较为繁琐，与智能控制还有一定的距离。基于苹果移动操作系统ios5的Siri个人助力业务，采用无线通信的架构WIFI与3G，实现对数据采集系统的远程遥控，充分利用了GPRS网络高频谱利用率、高业务质量、适应多业务环境，并具有较好的网络灵活性和全覆盖能力等优点[3]。
1 远程控制系统结构
本文的远程控制系统主要由移动控制终端(具有Siri个人助理的iPhone或者iPad)、GPRS与WIFI网络、Raspberry Pi(树莓派)、SD(Secure Digital Memory Card)卡、USB无线网卡、编码器、发射模块、无线开关、解码器、数据采集系统等组成。系统结构如图1所示。
远程控制系统通过移动终端(苹果手机或者平板)的Siri语音输入控制指令，通过GPRS或者WIFI网络、Siri服务器传输到Raspberry Pi，并通过Raspberry Pi控制数据采集系统。远程控制系统采用的是单项控制方式，主要是Siri个人助理向Raspberry Pi发送操作指令，由Raspberry Pi控制采集系统的开启或者关闭，指令完成以后将数据采集系统的开闭状态反馈给使用者，让使用者能够了解指令的执行情况。
2 系统的通信原理及硬件设计
本文的远程控制系统主要采用苹果移动设备ios系统Siri个人助理发送操作指令，采用GPRS进行数据通信，利用Raspberry Pi个人电脑进行指令的无线接收及传输，并控制数据采集系统的开关操作。
2.1 Siri
Siri是苹果公司在其产品iPhone及iPad上应用的一项语音控制功能。Siri具有以下特性[4]：与Siri交流采用的是自然语言，直接对话就可以；与Siri的交流采用的是交互式对话方式； Siri能理解整个对话中语言的上下文关系从而给出答复； Siri具有记忆功能，能随着使用时间的增长，对使用者的声音越来越熟悉；Siri在GPRS或WIFI网络状态下都能正常使用。可以说，Siri将用户问题的关键字和相关的行为活动信息与数据进行精确的匹配，以理解用户语言表述的含义。
2.2 SiriProxy
苹果公司的Siri本身并不提供Siri第三方开发接口，但可借助开发者开发的一套名为SiriProxy的程序。SiriProxy是一个代理服务器，开发者可以为这个代理服务器添加自定义的插件，用于截取可识别的语音命令进而调用Siri实现各种用途。这款程序可以让Siri更加智能，为Siri增添第三方开发的能力，通过SiriProxy插件可以让Siri执行使用者设定的指令，丰富了Siri的应用范围。因为SiriProxy既可以安装在越狱的设备上也可以安装在未越狱的设备上，因此方便使用。
2.3 树莓派Raspberry Pi
Raspberry Pi是一款基于Linux系统的个人电脑，配备一枚700 MHz的处理器，256 B内存，支持SD卡和Ethernet，拥有两个USB接口，以及HDMI(High Definition Multimedia Interface)和RCA(Radio Corporation of American)输出支持，电源可以使用输出5 V/1 A的mini USB充电器，并需要SD卡写入系统镜像。对于GPIO（General Purpose Input Output），只需要读写/sys文件系统就可以实现交互控制。由于多数的车库门控制系统是比较单一的开关控制，并不具备无线远程控制，因此采用Raspberry Pi辅助完成无线控制功能。Raspberry Pi共有两种模型，本文根据需求选用具有以太网接口及USB接口的B型。
2.4 GPRS和WIFI
GPRS(General Packet Radio Servers)是在现有GSM移动通信系统基础上发展起来的一种新的承载方式，能够提供端到端的广域无线IP连接，为用户提供一种分组形式的数据业务。GPRS具有传输速率高(是现有GSM 网络的10倍以上)、实时性强、系统容量大、通信费用低、永远在线、适合远程控制等特点[5]。特别适用于间断、突发性或频繁、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输[6]。GPRS能够在原有GSM 网络基础上实现更高的数据传输在于它是基于多个GSM 时隙的复用机制的数据传输，不同网络用户通过复用机制共享一组信道[7]，使信道资源得到了更有效的利用。目前，GPRS已在电力、小区安全、汽车防盗、环保等领域得到了比较广泛的应用。
WIFI(Wireless Fidelity)是当今使用最广的一种无线网络传输技术，是一种能够将个人电脑、手持设备(如PDA、手机、Pad)等终端以无线方式互相连接的技术。WIFI为用户提供了无线的宽带互联网访问的技术，可以帮助用户访问电子邮件、Web和流式媒体。WIFI无线网络在开放性区域，通信距离可达305 m；在封闭性区域，通信距离为76 m～122 m[8]，便于与现有的有线以太网络整合，可以在降低成本的前提下为用户提供更好的服务。WIFI技术的优点在于：(1)信号范围广，适合办公室及单位楼层内部使用；(2)传输速度快、可靠性高。802．1lb无线网络规范是IEEE802．11网络规范的变种，最高带宽为11 Mb/s，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5．5 Mb/s、2 Mb/s和1 Mb/s带宽的自动调整，有效地保障了网络的稳定性和可靠性；(3)无需布线，WIFI最主要的优势在于不受空间的局限性，不用考虑如何去布线，可以美化网络空间，也节省了大量的设计成本。由于“热点”所发射出的电波可以达到距接入点半径数10 m～100 m的地方，用户只要将安装有无线设备的笔记本电脑、手机等装置拿到无线信号覆盖的区域内，即可以自由上网。
2.5 硬件设备搭建
硬件的搭设如图2所示，采用5 V/1 A的mini USB通用型手机充电器作为外接电源，插入SUB无线网卡即可连接外部WIFI网络。发射器采用315 MHz发射模块，为了防止重码的产生，在发射器电路设计时要加入编码模块，电路图如图3所示。编码模块采用PT2262/PT2272，该模块是一种CMOS工艺制造的低功耗低价通用编解码电路，最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(分别悬空、接低电平、接高电平)，任意组合可以提供312=531 441地址码，PT2262最多可有6位(D0-D5)数据输入端，设定的地址码和数据码从17脚串行输出。此次设计采用固定编码，将A3接高电平，A4接低电平，其余管脚悬空。Raspberry Pi树莓派提供8个GPIO通用接口、1个I2C接口、2个SPI接口和1个串口，发射模块的GND连接Raspberry Pi的Ground管脚，发射模块的IN1连接Raspberry Pi的GPIO0(PIN17)管脚，IN2连接Raspberry Pi的GPIO1(PIN18)管脚，发射模块的VCC外接5 V电源。在接收器接收到信号后要经过解码器才能被识别，解码器采用PT2272，无线接收采用的是MICRF002，MICRF002是美国Micrel公司推出的完整的单片超外差接收电路，具有固定模式和扫描方式两种工作方式，主要用于无线遥控。MICRF002、PT2272和AT89S51单片机的连接电路图如图4所示。PT2272采用发射端相对应的地址编码方式，将A3接高电平，A4接低电平，其余管脚悬空，17管脚接数据采集系统的控制电路，MICRF002的14管脚接外部时钟；单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口作为数据的输入端接PT2272的输出端，P2.7口作为数据输出端外接数据采集系统控制开关，EA/VPP端接高电平，CPU首先执行片内程序存储器中的程序，然后自动转向执行片外程序存储器中的程序，XTAL1和XTAL2接外部时钟。
3 软件设计部分
3.1 无线控制程序
无线开关是采用射频识别(Radio Frequency Identification)技术，用无线遥控器控制各类灯具、门、窗帘等家居用品的一种新型智能开关，也可用于工业设备的开关。无线开关可以进行对码，所谓对码是接收器对发射器的地址码和控制码进行学习的过程，通过对码建立主控与受控的关系，基于此原理就可以用电脑代替遥控器实现遥控器的功能。给Raspberry Pi装上键盘和显示器，便于程序的开发与调试，首先将Raspberry Pi映像安装到SD卡中，在Linux系统下下载和安装wiringPi的库，安装git-core：sudo apt-get install git-core；下载winringPi库：git clone git://git.drogon.net/wiring；Pi编译和安装库：cd wiringPi，./build，另外大家可以使用cd wiringPi，git pull origin命令对库进行更新。在图形操作界面中运行IDLE 3(Python的集成开发环境)，编写遥控程序，程序流程图如图5所示，开启指令和关闭指令分别通过管脚GPIO0和GPIO1发送出去。
3.2 Siri程序
Siri指令的开发，首先便是要搭建SiriProxy代理服务器，服务器需要.net环境同时支持C++插件和.net插件，通过搭建好的平台，安装MySQL Community Server，下载相应数据库并初始化，启动MySQL 5.5 Command Line Client，执行create database siri_proxy；再执行：source C：\Users\CDTeam\Desktop\database.sql，配置SiriProxy，打开安装目录下的SiriProxySrv.properties，修改MySQL的数据库连接参数：database.mysql.enable=true，database.mysql.dbname=siri_proxy(数据库名)，database.mysql.user=root，database.mysql.password=(配置的数据库密码)，为iPhone 4S分配IP，server.iphone4s.IPv4v6=(iPhone 4S服务器的IP，如：192.168.1.122)，然后需要修改本地的DNS环境，将https://guzzoni.apple.com解析至之前设定的iPhone 4S服务器IP，最后启动Siri Proxy。可以自己动手为SiriProxy编写Ruby插件，然后在SiriProxy服务器上运行自己编写好的PHP脚本，通过该脚本可以截获通过Siri识别的语音指令，然后将指令发送到Raspberry Pi，进而控制数据采集系统的开启。软件流程图如图6所示。
3.3 单片机程序
AP89S51单片机不仅功耗低，而且具有4 KB的在线编程Flash存储器，利用该单片机编写指令识别程序。P1.0~P1.7为双向I/O口，接收从PT2272输入的数据，通过单片机内置程序判断是开启指令还是关闭指令，并将控制指令通过P2.7口输出。程序流程图如图7所示。
基于Siri的远程监控是控制时代的一种新思路，整合移动通信技术与控制技术，开辟了控制时代的新格局。运用现代通信技术，扩展了手机应用范围，而且功能扩展性比较好，通过合理的设计，可以以一部iPhone手机，通过自然语言，以人机对话的方式控制诸多设备。此设计成本比较低，智能化程度较高，适应了智能控制发展潮流。
参考文献
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[8] 陶杰，张月莹.基于3G与WIFI结合的高速公路无线监控系统[J].中国交通信息化，2012(9)：81-82.