本產品即應用恩智浦公司所開發LPC2478嵌入式系統作為核心，應用在信息家電自動化控制的研發上。信息家電自動化的風潮吹襲著各個生產制造領域，家庭是人類生活的重要空間，如何將家庭中的設施、電器結合自動化的設計觀念，讓我們的生活更方便、快捷，成為嵌入式微電腦應用方面的另一種思維。

由于現代信息科技的進步，因此，我們本次研發信息家電產品為“全功能聲控3C智能型電冰箱”，此冰箱可自動監測內部各類型食品，使用者可通過LPC2478嵌入式系統監控目前冰箱食品的存量，并且借由Wireless Sensor Network (WSN，無線傳感網絡)系列之藍牙，作為無線數據傳輸接口，此無線接口可結合由本團隊設計的電話網絡系統、智能型廚房家電系統，并且應用SPCE061A芯片結合LPC2478嵌入式系統實現語音播報、識別功能，達到與家電互動效果。

產品設計目的

(1) 研制符合現代生活與科技發展的多功能智能型電冰箱，以LPC2478嵌入式系統為核心，結合語音、藍牙無線傳輸、各類型感測機制。

(2) 研制以LPC2478嵌入式設計整合型智能冰箱圖控人機接口系統。

(3) 研制以藍牙作為無線智能型家電控制的模塊化系統。

(4) 研制以SPCE061A語音芯片結合各類型傳感器的語音播報系統。

(5) 研制LPC2478嵌入式圖像識別系統。

系統架構

本系統在使用者欲查詢冰箱內部食品存量時，可通過聲控詢問及視覺觀看LCD觸控面板目前顯示狀態。以聲控方式詢問時，系統會自動以語音播報方式告知使用者食品存量，以視覺方式查詢時，可完全一次了解目前冰箱內部所有食品存量及家電控制狀態，并可以觸控方式操控智能型家電控制，當食品存量單位為預設最低單位“一”時，語音會播報為存量不足，且立即通過藍牙主控端傳送相對應食品采購代碼，借由電話網絡系統撥打使用者預設電話號碼至使用者，使用者接通電話時可于話筒內部聽到語音播放食品存量不足，提醒使用者訂購。

圖1為系統架構圖，系統架構可分為架設于冰箱門上的LPC2478嵌入式系統、藍牙無線傳輸主控端及語音識別系統，電話網絡系統架設于一般家庭放置市內電話的客廳位置，智能型家電受控為改良式自動關火瓦斯爐及廚房電燈，上述家電除以LPC2478嵌入式系統控制之外，也可于戶外通過一般市話、手機撥打家中電話號碼，即可進入電話控制家電系統進行家電控制。



系統功能

功能一：食品自動感測系統

通過各類型傳感器裝設于智能型電冰箱內部，其感測食品(雞蛋、大/小瓶飲料、魚類、肉類)由SPCE061A芯片監測食品存量狀態，將目前狀態信號傳送至LPC2478嵌入式系統進行整合，并以圖標模式顯示于LCD觸控屏幕，讓使用者不必開啟冰箱門也可得知內部食品信息，減少冰箱壓縮機起動次數，達到節能效果。

功能二：CCD圖像識別系統

蔬果放入冰箱時借由圖像采集及圖像識別等多媒體技術，使LPC2478嵌入式系統能自動判斷冰箱內蔬果存量，當使用者將蔬果放置于冷藏柜中后，先將物品經由冰箱內部CCD快速圖像采集識別，將識別信號傳送至LPC2478嵌入式系統經軟件處理后，于LCD觸控屏幕顯示識別后的圖像，作為蔬果識別的圖像數據依據，讓使用者不必開啟冰箱門也可得知內部蔬果信息。

功能三：語音聲控播報系統

通過人類以聲控方式直接下達命令詢問冰箱物品存量，冰箱以語音自動播報方式回答使用者物品目前存量，達到與冰箱做自然語言的溝通，除此之外也為冰箱門設計自動感測系統，只要冰箱門打開或關閉時都會有語音播報冰箱門狀態。當主人忘關冰箱門時，通過語音提示讓主人及時關門，防止能源無端耗損。

功能四：LCD接口顯示監控系統

本系統設計的所有傳感器及圖像采集識別信號統一傳送至LPC2478嵌入式系統LCD觸控屏幕顯示，使用者可于冰箱門上輕松得知內部所有物品存量，系統會依照你所設定物品的最低需求量不足時自動撥號告知使用者訂購，冰箱也可支持使用者通過因特網自行訂購功能。

功能五：借由電話網絡控制藍牙無線模塊遙控家電

每個人可能都有外出而忘記關閉家中電源或煤氣灶等問題，此系統可由遠程手機、市話、公共電話撥打家中電話且輸入各種功能碼來達到控制家電，當家電已完成我們預期想控制的動作狀態后，會由手機聽筒中聽到語音播報控制結果，達到準確地控制家電，不用擔心控制錯誤以及出遠門而忘記關閉電源或其它設備而造成危險。控制系統以藍牙模塊作為無線通訊接口，顛覆傳統以低頻RF及紅外線作無線傳輸功能，完全解決低頻干擾導致控制家電錯誤問題，并具有自動提醒主人訂購不足物品，而且使用者電話號碼可隨時更新調整。

系統硬件設計

食品之感測系統

各類型食品感測機制可分為雞蛋、大/小瓶飲料、魚類、肉類，對于雞蛋感測設計原理選擇遮斷式紅外線發射接收器，其電路設計如圖2、圖3所示，圖3中內部兩排圓圈為發射器，外部圓圈為接收器，兩排發射器位置需以背對背方式設置，避免產生鄰近接收器誤判導致信號錯誤。



　小瓶飲料設計原理選擇以微動開關監測，因小瓶飲料容量均低于700ml以下，以人類常態飲用狀況判定大部分都會一次喝完，所以判斷模式為“有”及“ 無”兩種，本系統微動開關設計優點在于使用者若將喝完的飲料空瓶放入飲料格中，也不會影響系統判斷模糊，依然判定為沒有飲品存在。



大瓶飲料及魚肉存量感測利用Load cell重力原理設計，圖4為Load cell傳感器實體圖，圖5為實置大瓶飲料實體圖，此設計可將重量轉換為容量百分比，將此容量百分比以圖標比例顯示于LCD觸控屏幕，可讓使用者清楚知道大瓶飲料所剩容量。



CCD圖像識別系統

由于冰箱內放置的蔬果通常都不是單一品種，本系統于圖像識別時必須做圖像切割，作對象單一比對，因為我們通過CCD采集出來的圖像背景圖都是一致不變，所以通過邊緣強化即可找到圖像內的對象，并將分析的對象切割出來使其單一化，以及對每個對象取顏色特征，再與先前所建立的數據庫做比對。



　因為同一種水果的顏色都有些許差異，再加上冰箱內的各個位置光源干擾不均勻，這將會造成計算顏色特征的影響，所以我們限定只要在允許誤差范圍內都屬于同一類對象，這樣即可知道圖像內各對象所代表的水果。

在建立單一對象顏色特征數據庫時，由于我們攝影機的架設是固定式，所以在冰箱內拍攝到的背景都是一致的。當我們在冰箱內放置一個對象時，只要把這張圖像與空冰箱的圖像做簡單的對應比對，如圖6所示并對這物品作圖像分析，并切割對象取顏色特征，再將特征值輸入數據庫，即可完成單一物品顏色特征數據庫，供往后的圖像做識別。各類型水果顏色均設置有各自特征值。



語音詢問播報系統

由于目前全球氣候變暖嚴重，所以必須改善能源使用效率，節省冰箱門打開時造成冰箱內冷空氣外流導致壓縮機啟動消耗大量能源，此系統具備冰箱門開關語音播報提示，避免不必要的能源消耗。語音芯片選用：凌陽SPCE061A芯片作為語音識別及語音播報數字信號處理。

冰箱門開關提示：此開關硬件設計選用磁簧開關作冰箱門開關感測，冰箱門于關閉狀態時會自動監測冰箱門目前狀態，等待使用者將冰箱門打開，假如使用者在10秒內未關閉冰箱門，系統自動播放語音 “冰箱未關好，請關閉冰箱”，直至確認冰箱門完全關閉。

電話網絡控制藍牙無線模塊遙控家電

任何一部手機都可直接撥打家中電話號碼控制家電，如表1所示為家電控制代碼，“#”為進入電話控制系統，“*”為離開系統，其余為控制代碼。



通過電話網絡自動告知使用者訂購食品

當LPC2478嵌入式系統監測到冰箱內部食品存量不足時，電話網絡自動撥打流程圖，系統會依照協議設定的代碼以藍牙無線傳輸方式連結電話網絡系統，并由電話系統自動撥打使用者預設電話號碼，并以語音方式告知使用者何種食品存量不足，請使用者自行決定采購，圖7為家電控制信息顯示。



使用指南：

區塊1：雞蛋信息(由圖標可知雞蛋余量);

區塊2：大瓶飲料信息(由圖標可知大瓶飲料所剩容量百分比);

區塊3：小瓶飲料信息(由圖標可知小瓶飲料余量);

區塊4：肉品信息(由圖標可知冰箱內是否有肉品);

區塊5：魚肉信息(由圖標可知冰箱內是否有魚肉);

區塊6：水果圖像(借由CCD得知水果在冰箱內信息);

區塊7：廚房電燈(由圖示可得知廚房燈為開啟或者是關閉);

區塊8：煤氣灶(由圖示可得知廚房瓦斯爐為開啟或者是關閉);

區塊9：列出蔬果種類以及存量。