Mikrowellen-Technik - Entwurfsschema der Bluetooth Sprachfernsteuerung mit sehr geringer Leistung

Virtuelle Assistenten sind in mehr Geräte im Haus integriert. Amazon kündigte kürzlich an, dass es eine Vielzahl neuer Geräte für Alexa einführen wird, darunter Ohrstöpsel, Brillen und Ringe, um Verbrauchern mehr Möglichkeiten zu bieten, Informationen zu erhalten. Die wiederkehrenden Themen in diesen neuen Sprachprodukten sind drahtlos und handsfree, die sich einfach mit Mobiltelefonen oder anderen Hosts verbinden und Anweisungen anhören können. Seine interne Technologie ist ein Bluetooth-RF-Chipsatz, der drahtlose Verbindungen unterstützt und ein spezieller eingebetteter Prozessor, der Wake-up Word Engine (WWE) verwendet, um Sprachbefehle zu erkennen.

Ein weiteres Beispiel für diesen Trend ist, dass jeder neue Flachbildfernseher, Set-Top-Box und Media-Player mit einer Fernbedienung ausgestattet ist und bald komplett drahtlos und freihändig sein wird. Natürlich, wenn Sie Sprachsteuerung wollen, verwenden viele Leute immer noch den alten Infrarot-Sichtfernbedienungsmodus oder Tastendialog, aber diese sind bald veraltet. Benutzer benötigen ein Gerät, das nahtlos auf Befehle reagieren kann, anstatt ein Gerät, das die Anruftaste wie ein Walkie Talkie drücken und halten muss. Ähnlich wie die Welle elektronischer Produkte in der Nähe von Amazon, wird die nächste Generation der TV-Fernbedienung drahtlos und freihändig sein.

Das Design der Fernbedienung bringt jedoch auch einige einzigartige Herausforderungen mit sich. Zum Beispiel ist die Fernbedienung in der Regel nicht wiederaufladbar; Sie verwenden üblicherweise AA-Batterien. Die Fernbedienung muss nicht nur in einer lauten Umgebung gut funktionieren, sondern auch drei bis neun Meter vom Körper entfernt sein. Es kann auch Informationen drahtlos an das Hostgerät (z. B. TV) übertragen.

Darüber hinaus bevorzugen Verbraucher langlebige Batterien, die nicht häufig ausgetauscht werden müssen. Im Wesentlichen muss die Leistung der Fernbedienung die gleiche sein wie die von Amazon echo dot, aber gleichzeitig ist der Stromverbrauch geringer als der von In-Ear-Kopfhörern.

Die Entwicklung einer leistungsstarken, energieeffizienten Fernbedienung ist eine Herausforderung. Innovative Bluetooth-Lösungen und Audioverarbeitungslösungen werden benötigt, da jede Verbesserung die Akkulaufzeit verlängert.

Die Verwendung von Bluetooth 5.0/le löst mehrere Probleme des traditionellen Infrarots. Erstens ist Bluetooth eine Standardlösung, sodass das Gerät problemlos mit vorhandenen Bluetooth-Geräten kommunizieren kann. Darüber hinaus bietet Bluetooth 5.0/le einen Übertragungsbereich, der dem von WiFi-Geräten entspricht, der sich sehr gut für Sprachfernbedienung eignet. Traditionelle Bluetooth-Lösungen wurden für Mobiltelefone und Laptops optimiert, die eine größere Batteriekapazität und einen geringeren Stromverbrauch aufweisen.

Atmosics innovative Lösung kann den Stromverbrauch um 5x reduzieren und die Batterielebensdauer um 3-bis 5x im Vergleich zu wettbewerbsfähigen Lösungen verlängern.

Neben dem Bluetooth-Design mit extrem niedrigem Stromverbrauch kann auch ein sekundärer Weckempfänger verwendet werden. Der Stromverbrauch des Empfängers kann niedriger sein (20- bis 50-mal niedriger als der des Standardempfängers), so dass das gesamte Bluetooth SOC in einen Tiefschlafzustand gelangen kann; Das Gerät kann in einem speziellen Modus eines anderen Hosts aufwachen. Wir werden diese Technologie hier nicht im Detail vorstellen, da sie nur für eine kleine Anzahl von Sonderfernbedienungen anwendbar ist.

Die dritte Low-Power-Technologie verwendet Energiesammlung, um drahtlose HF-Energie zu erhalten, um die Batterielebensdauer zu verlängern. Viele Häuser und Gebäude haben eine Menge HF-Energie (normalerweise im ISM-Band), die gesammelt werden kann, wenn die Fernbedienung auf den Tisch gelegt wird. Je nach Energieniveau kann ein Gerät zehn Mikrowatt Energie erhalten. Oberstes Ziel ist es, das Batterienetzteil möglichst auszutauschen und die Lebensdauer der Batterie auf einige Jahre zu verlängern. Derzeit beträgt die Lebensdauer der Fernbedienung nur 6 bis 9 Monate. Für Industrie- und Sonderfernbedienungen können auch andere Energietechnologien eingesetzt werden, wie Sonnenenergie, thermische Energie und Sportenergiesammlung.

Wie bereits erwähnt, muss die Fernbedienung, um eine echte Freisprecheinrichtung zu erreichen, gleichzeitig wie ein intelligenter Lautsprecher funktionieren, aber auch so energiesparend sein wie ein In-Ear-Headset. Unternehmen wie QuickLogic haben hochoptimierte und extrem stromsparende Geräte entwickelt, um diese Herausforderung mit Bluetooth-Chipsätzen zu meistern.

Die Sprachfernsteuerung, die mit Bluetooth verbunden ist, hat im Grunde drei Modi: Standby-Modus, Weckworterkennungsmodus und Datenübertragungsmodus. Auch der Stromverbrauch wird schrittweise erhöht.

Im Standby-Modus befinden sich Bluetooth und der dazugehörige Chip im Ruhezustand und warten auf einige Weckworte in der Umgebung. Eine Möglichkeit, diese Energieeinsparung zu erreichen, ist die Verwendung der Mikrofonweck-Soundfunktion von vesper, die nur 10 verbraucht? A. Warten Sie, bis der Umgebungston den voreingestellten Schwellenwert überschreitet. In einem typischen Wohnzimmergebrauchsfall befindet sich das System in diesem Modus 80% der Zeit.

Sobald der Schwellenwert erreicht ist, wird ein Interrupt vom Mikrofon ausgelöst und der zugehörige Chip geweckt; Zu diesem Zeitpunkt wird der Weckworterkennungsmodus aktiviert. Die dem Chip beiliegende MCU kann WWE für einen bestimmten Zeitraum starten und ausführen, um festzustellen, ob das Schlüsselwort gesprochen wird. Lösungen von Drittanbietern (wie Voicespot WWE oder retune DSP) können auf dem Cortex-m4 ausgeführt werden, wobei nur ein Mikrofon verwendet wird, ohne eine rechenintensive Lösung des adaptiven Beamforming mehrerer Mikrofone zu verwenden, die normalerweise für die Spracherkennung im Mittelfeld (3 bis 9 Fuß) erforderlich ist.

Neben der deutlichen Einsparung von Prozessorressourcen kann die Reduzierung jedes Mikrofons aus dem System auch 400 auf 650 einsparen? A (Wirkkraft). Wenn das Weckwort erkannt wird, wird der Bluetooth-Chip unterbrochen und geweckt, um in den Datenübertragungsmodus zu gelangen. Dies ist notwendig, weil das Benutzerwort nach dem Weckwort in Form von Pulscodemodulation (PCM) oder komprimierten Daten an den Host (z.B. TV) übertragen werden muss.

Wenn kein Weckwort erkannt wird, kehrt das System in den ursprünglichen Standby-Modus zurück. Einige unterstützende Chips, wie der Chip von QuickLogic, verfügen über spezielle Low-Power Sound Detection (LPSD)-Hardware, um die durchschnittliche Systemleistung im Weckworterkennungsmodus zu reduzieren. Zum Beispiel haben einige Lüftergeräusche einen hohen Dezibel-Schalldruck, aber offensichtlich keine Sprache. LPSD-Hardware verfügt über genügend Intelligenz, um dies zu erkennen und Sound zu ignorieren, um unnötigen zusätzlichen Stromverbrauch von WWE zu vermeiden.

Bluetooth 5.0/le ist für den Datenübertragungsmodus sehr geeignet, da es Daten in stromsparenden On-Demand-Paketen übertragen kann. Ein idealer Partner sollte genügend Speicherplatz und Rechenleistung haben, um Sprachdaten zu komprimieren, bevor er sie an Bluetooth-Geräte sendet. Ein typisches Beispiel ist, Opus Audio Encoder auszuführen.