前景可期的智能家居方案——基于语音交互的NUC505开发板评测

背景

回顾刚过去的一年，人工智能无疑是最热的话题，如果再往前推算几年，比如14年谷歌收购NEST、苹果发布Homekit，智能家居一时风头正劲，人人都似乎看到了可以吹猪上天的风口，但是事实毫不留情的给我们掌嘴了，从最新的数据来看，京东，阿里等国内的在线销售平台上智能家居的销量惨淡，消费者最终也没有为只是加了WIFI/蓝牙模块、但需要APP控制的这些无线功能的智能家居设备买单，为什么呢？

回答这个问题前，我们先来看另一组数据，亚马逊在14年底推出的echo智能音箱，到目前还衍生出echo tap、dot这样的简化产品，最新的数据显示，echo系列到目前至少有500多万的销量。从用户反馈来看，echo提供的语音控制家居设备功能非常受欢迎，消费者乐于为echo买单，之后的事情一切就显得顺理成章了，其它的智能家居平台谷歌nest、飞利浦的Hue灯、三星smartthings等很多设备都已接入echo平台，加上各种音乐、天气、新闻、打车等服务，echo智能音箱已经成为一个通过语音交互实现的智能家居新入口。

再来看开头的问题，答案呼之欲出，语音交互式才是智能家居的未来！！！不是我们目前接触的这些基于WiFi/蓝牙功能的智能家居产品不行，而是需要APP控制这种交互方式行不通，APP最适合的位置是辅助控制，主要作为配置设备上网、添加设备到账号等配置工作，而控制交互当然交给人们最方便、最自然的交互方式——语音交互。说来也有点讽刺，这就好比人人都在找智能家居的风口，但是却不知“众里寻他千百度，蓦然回首却在灯火阑珊处”。这里，笔者大胆的预测，作为往后面向智能家居系列应用的硬件方案都该升升级了，搭载实现可靠的语音交互方案势在必行。

NUC505硬件方案

今天，爱板网抛砖引玉给大家推荐一款可作为语音交互智能家居方案的产品，由新唐推出的NUC505系列开发板。

此次NUC505开发板和新唐之前的风格大不同，撇开了常见的红色、绿色，黄色系列板卡，没记错的话首次采用了白色的PCB，第一印象仍是小巧，但是能明显感觉的简约不简单。从板卡搭载的基本外设MicroSD卡座、Mic、Line in，耳机输出等接口可以推断出板卡具备一个完整的音频方案。

很多时候我们拿到的新唐送出的板卡基本都是基于微控制器的最小系统板，所有的IO引脚都给用户预留，这样虽然方便工程师自己DIY，但是同样受制于需要额外准备外设模块进行功能测试，褒贬不一，但此次的NUC505系列板卡有了不错的提升，估计能堵住一部分工程师的嘴。

NUC505开发板一些详细的外设资源如下图所示。

这里重点要注意下几个地方，一个是MicroSD卡座旁边的拨码开关，说是Boot启动设置开关，作用很理想，但是实际操作很坑，甚至说在烧写和运行程序存在着操作麻烦的来回切换的烦恼（上电使用的时候具体说明）。

另一个需要注意的是Nu-Link调试器，板子上标识的为V3.1版本，应该是最新的，不但可以通过拨码开关设置串口/Nulink，还增加了USB的大容量存储模式，类似mbed的U盘模式，不过这个功能似乎不是太健全，也没找到更多介绍的资料。

NUC505UO13Y微控制器

当然板子的重点还是这颗NUC505系列的微控制器产品，具体的规格型号为NUC505UO13Y，采用QFN88封装，适合对产品空间敏感的应用。

板卡上搭载的微控制器是NUC505系列中规格配置最高的一款产品，基于ARM Coretx-M4处理器，最大主频支持100MHz，内部集成了2MB的大容量存储以及128KB SRAM，当然，最主要的还是集成了I2S接口以及24位的音频codec单元、数字mic、ADC、SD HOST、USB 全速/高速等接口，非常适合音频相关的应用。

不过从上面的产品列表来看，并不是所有的NUC505系列产品都集成了音频codec，而此次板卡上的微控制器NUC505YO13Y确实集成了24位的sigma-delta codec，支持立体声。另外值得提一下的，MCU还集成了一个PMOC加解码机制，这个是新唐产品独有的功能，保证了用户程序的安全（说穿了就是防破解，防山寨）。

上电使用

NUC505开发板有四种供电方式，分别是通过外部的5V、3.3V供电接口，通过微控制器的USB供电接口以及Nu-LinkMe的供电接口。

对于工程师来说Nu-LinkMe的miniUSB接口上电比较好，集下载调试、串口、USB存储、供电功能为一体，方便。

另外上电操作的时候还有两个拨码开关设置需要注意。

一个是MicroSD卡旁边的拨码开关SW1，其功能是设置不同的启动方式以及下载方式，如下表所示。

使用Nu-LinkMe下载的时候需要将MicroSD卡座旁的拨码开关S4置0，如下图所示，新唐在板卡上设计了不同的启动方式对工程师灵活开发有着非常重大的意思，而且通过拨码开关的设置相对于跳帽来说会更友好，但是对于很多工程师只使用单一的启动方式，这种设计会对他们产生不爽的地方就是烧写完程序要执行程序的运行结果还需要来回拨动开关、重新上电设置，很麻烦。

而另一个注意点是Nu-LinkMe旁边的拨码开关，可以实现下载调试、串口、USB存储的设置。

串口设置

USB存储

mbed？有这个雏形，经了解新唐正在与ARM 签约，未来会支持mbed，看来以后不支持mbed的板卡是一大弱势。

虽然功能上是可以使用的，但是对着Nu-Link Me V3.1版本仍旧有不少疑问，比如说同时设置串口功能和USB存储的时候，串口号改变了，另外串口和USB存储功能同时使用的时候不冲突？

开发环境

NUC505支持第三方的Keil、IAR等IDE工具，推荐使用keil，官方提供的例程多数都是基于Keil的，方便工程师初期尽快上手。对于NUC505开发板，新唐提供的微控制器例程和板子的应用程序还是比较丰富的，可能跟板卡出来也有一段时间有关系。

从之前的硬件来看，板卡主要是针对音频的应用，所以主要测试了一个音频录制以及音频播放的功能，而联系到文章开头，这就是智能家居基于语音交互的初衷。

录制的时候有一个坑，虽然板载了mic电路，但是录制的时候只能通过Line in接口进行，为什么？

翻下原理图就知道了，原本这里设计的是使用Mic或者Line输入的时候有个选择偏置电压的设置，但是在拿到的NUC505板卡上直接用0欧姆的电阻焊死了，这不应该用选择跳帽的设计更为理想吗？如果实在要用Mic输入的话只能重新焊接一下，但这实在麻烦。

所以直接用Line in采集声音输入。

串口输出的录制信息，采样率率8000 Hz，16位，I2S

采集完后会在microSD卡上存储文件，文件名和格式是 小幸运.amr（修改后的），.amr格式一种音频格式的缩写，很多能录音的手机生成的录音文件均为此格式，比较小巧又比较清晰，可以说是被各大手机厂商广泛认可的一种保存手机录音的格式，对人声的采集来说还是非常不错的。

录制的声音我们需要再重现，仍是通过NUC505开发板上的音频编解码功能，设置播放的文件为小幸运.

编译，下载，完成后可以从串口的日志中看到播放的记录。

高度还原人声，效果很不错，下次有时间的话再试试板载的Mic采集。

小结

新唐推出的NUC505开发板算是一个完整的音频采集、播放电路，板载性价比极高的NUC505YO13Y微控制器，集成ARM Cortex-M4处理器，100MHz主频，内置2MB Flash、128KB SRAM的大容量存储，独有24位双声道的编解码芯片，PMOC加解码密机制，既具备性能，又保障安全，无论是对空间敏感的麦克风、音频相关的应用产品，还是对于前景可期的人机交互层面的智能家居方案，NUC505都是非常有优势的，如果正考虑这方面应用的工程师，不放直接找新唐申请样品或者开发板，说不定有意想不到的惊喜。

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