基于語音識別技術的“智慧”家居系統的應用研究

侯德彪 賈雪

摘 要：本文主要對基于語音識別技術的“智慧”家居系統做了初步研究，采用當前流行的智能語音助手配合ZigBee無線技術實現智能家居控制。

關鍵詞：ZigBee；智能家居；物聯網

1 緒論

隨著居民的生活水平和消費能力不斷提高，新需求的增長以及信息化對人們傳統生活的改變，讓許多人尤其是先富人群對智能家居的需求日益強烈。智能家居最初的發展主要以燈光遙控控制、電器遠程控制和電動窗簾控制為主，依托于數字屏和各種終端設備[1]。隨著行業的發展，智能控制的功能越來越多，控制的對象不斷擴展，控制的聯動場景要求更高，其不斷延伸到家庭安防報警、門禁指紋控制等領域，可以說智能家居幾乎可以涵蓋所有傳統的弱電行業，市場發展前景誘人。

2 系統方案

ZigBee具有低功耗、低成本、支持大量節點、支持多種網絡拓撲、低復雜度、快速、可靠、安全等優點，每個ZigBee模塊之間可以相互通信[2]。本文所研究的系統主要采用ZigBee無線網絡技術搭接無線數據傳輸平臺。ZigBee技術是一種低成本、低復雜度、低功耗、高安全、近距離傳輸的雙向無線通訊技術，具備擴展性強特點，能夠嵌入各種家居設備，這是藍牙、WIFI等所不能比的。

微軟Cortana助手，它是微軟發布的全球第一款個人智能助理，它“能夠了解用戶的喜好和習慣”，“幫助用戶進行日程安排、問題回答等”，雖然對于語音識別方面小娜沒有開源的API（Application Programming Interface，應用程序編程接口），但可以通過后臺監控，關鍵字截取等方式實現語音識別，將智能語音助手應用于現實生活。

如果利用當前流行的智能語音助手配合ZigBee無線技術實現智能家居控制，在繁忙的一天中可以盡情享受智能家居帶來的方便快捷生活。

3 系統組成及功能

“智慧”家居系統主要設備組成：系統主機、燈光、風扇、窗簾、空調[3]等。

“智慧”家居系統各組成部分可實現功能：

智能燈光：通過語音或者手機、電腦等終端或者可隨時開關燈，并且能夠精確識別所說的關鍵字，能夠達到同時多點控制。

智能風扇：通過語音或者手機、電腦等終端可隨時開關風扇。

智能窗簾：通過語音或者手機、電腦等終端控制電動機的正反轉實現窗簾的開啟和關閉，并且能夠自動停止。

智能空調：通過語音或者手機、電腦等終端可隨時開關空調同時亦可以調控溫度，語音可識別所要求的溫度從而自動調整，手機和電腦可通過人機界面設置。

4 系統設計內容

“智慧”家居系統主要分為三個部分。第一部分即硬件部分，通過單片機驅動I/O口實現點燈、關燈等一系列操作；第二部分即無線傳輸部分，將ZigBee燒錄協調器和節點的代碼，通過“廣播”的形式將上位機發送的數據進行轉發，轉發的數據通過單片機的處理驅動各個功能模塊；第三部分即客戶端部分，客戶端部分既可以采用語音，將麥克風連接至家庭的各個地方即可實現語音操作，同時電腦PC端亦可以實現相關功能。同時通過C#編寫的人機界面，電腦串口與ZigBee節點進行信息交互，節點通過協調器進行數據廣播，即可實現遠程控制。將編寫的軟件發布至網頁，綁定域名和IP地址，即可用手機、平板等設備通過互聯網進行遠程訪問并控制。

4.1 上位機開發

第一部分通過C#編寫串口通信軟件，將接收數據寫入接收文本，將命令文本發送至下位機。

第二部分通過python編寫語義識別腳本，因為“小娜”會將不能識別的句子通過Egde搜索，所以python腳本的主要功能是通過獲取瀏覽器的句柄，然后對句柄進行分析，將判斷出的結果寫入命令文本，同時讀取接收文本文件進行判斷。

第三部分，將上位機作為服務器，通過網頁的方式控制電氣，前臺通過靜態頁面HTML與后臺PHP腳本的結合，腳本根據靜態頁面傳回數據進行分析，將分析結果寫入命令文本。

4.2 下位機部分

系統以STC15F2K60S2作為終端控制器，通過15單片機與ZigBee CC2530節點的TXD RXD交叉連接，實現單片機之間的無線連接。以cc2530作為組網元件，各個終端之間通過廣播方式發送數據，協調器協調節點之間的通信。單片機讀取數據中的控制位，經過數據位的判斷，識別相應的控制信息，從而做到單片機之間的無線數據傳送與無線控制，通過IO口驅動外部負載。

通過上位機串口發送數據至ZigBee節點，協調器“廣播”后，單片機將節點收到的數據處理后通過IO口驅動外部負載。

5 結束語

本系統優勢在于具有廣泛的可選擇性和操作性，客戶端類型多樣，將智能語音助手帶入現實生活給人耳目一新的感受與方便快捷的體驗。

本項目將時下熱門的語音識別結合智能家居創造出全新的不同于以往依托于手機電腦等終端的全新體系，以微軟小娜（cortana）為例，利用智能語音助手采集用戶的聲音信息，實現家居的控制。例如，在一個繁忙的一天中，小娜能夠智能提醒住戶日程，播報新聞、天氣等功能，當你騰不開雙手觸摸手機等終端設備時，你可以直接語音呼叫“嘿，小娜”，智慧家居系統既能夠幫你自動開關任何通電設備，調節空調溫度，并能反饋信息和交流，不同于僅僅“物”聯“網”，更是賦予了家居“智慧”一樣，幫你解決你需要的問題，這將是一種全新的感官和意識上的體驗以及對現有的“智能”家居體系的優化和提升。

語音識別，讓電腦聽懂人的話，并做出正確反應，實現一個簡單的非特定人、小詞匯量、孤立詞語音識別系統，使家居系統“智慧化”，更方便人們的使用。

參考文獻

[1]劉文強.語音識別技術在智能家居中的研究與應用[J].武漢理工大學，2013（05）.

[2]禹琳琳.語音識別技術及應用綜述[J].現代電子技術，2013（07）.

[3]馬菁菁.Zigbee無線通信技術在智能家居中的應用研究[J].武漢理工大學，2007（05）.

作者簡介：侯德彪（1996-），男，學生，吉林建筑大學，電氣與計算機學院，電子信息工程15級學生。

賈雪（1972-），女，高級實驗師，碩士，主要從事建筑電氣設備自動化等方向的教學。