基于語音識別的智能家居系統(tǒng)設(shè)計

孫全寶

摘 要：目前我國市場上的智能家居產(chǎn)品已經(jīng)越來越多，各種產(chǎn)品樣式層出不窮，但卻沒有一套完整的具有劃時代意義的智能家居產(chǎn)品。針對這一現(xiàn)象，設(shè)計一款基于語音識別的智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)的語音識別采用百度AI開放平臺的語音識別技術(shù)，系統(tǒng)的管理后臺采用Java語言進行開發(fā)。測試結(jié)果表明，所設(shè)計系統(tǒng)功能符合預(yù)期，能夠通過APP、Web頁面和微信小程序方便地進行語音識別并對家庭設(shè)備進行語音控制。

關(guān)鍵詞：智能家居;語音識別;系統(tǒng)設(shè)計;Java;微信小程序;語音控制

中圖分類號：TP391.42文獻標(biāo)識碼：A文章編號：2095-1302（2020）07-0-02

0 引 言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)力的不斷提升，人們越來越注重生活品質(zhì)，由此智能家居產(chǎn)品逐漸走入大眾的視線。例如，在家居產(chǎn)品中掃地機器人可以幫助人們清潔家中的衛(wèi)生，不僅方便快捷，還能節(jié)約人們的寶貴時間。智能家居的發(fā)展越來越依賴于人機交互，從而使用語音識別操控家居產(chǎn)品的技術(shù)必定會成為研究的熱點[1-5]。

本文采用百度AI開放平臺的語音識別技術(shù)，設(shè)計一套基于語音識別的智能家居系統(tǒng)。此系統(tǒng)的管理后臺采用當(dāng)前流行的Java語言開發(fā)，用戶可以通過手機APP、PC端的Web頁面或者微信小程序?qū)崿F(xiàn)對家居產(chǎn)品中燈、空調(diào)、電視機、窗簾、監(jiān)控等的語音化控制。

1 系統(tǒng)總體框架

本智能家居系統(tǒng)共包括各種家庭設(shè)備、主控裝置（家庭網(wǎng)關(guān)）、系統(tǒng)管理后臺、百度AI語音識別模塊和用戶交互界面等五部分。其系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)租用騰訊云作為Web服務(wù)器，把系統(tǒng)管理后臺放在騰訊的云端，保證系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。為了用戶與系統(tǒng)能更好的交互，本系統(tǒng)開發(fā)三種不同的前端，即用戶可以通過在手機上安裝定制的APP與系統(tǒng)進行交互，也可以在PC端進入Web頁面與系統(tǒng)進行交互，還可以在微信上登錄定制的小程序與系統(tǒng)進行交互。這三種方式都能對家庭設(shè)備進行控制，也能夠查看家庭設(shè)備的狀態(tài)。家庭設(shè)備主要包括電飯煲、空調(diào)、電視、窗簾等家用電器。系統(tǒng)后臺通過百度AI開放平臺的語音識別技術(shù)實現(xiàn)語音識別。

2 語音識別與軟件模塊設(shè)計

2.1 語音識別模塊設(shè)計

本智能家居系統(tǒng)的語音識別采用百度AI開放平臺上的語音識別技術(shù)，然后根據(jù)百度開放平臺所生成的文字來最終實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的語音識別。語音識別過程必須先通過性能優(yōu)良的語音采集設(shè)備采集語音信號，主控裝置通過WiFi網(wǎng)絡(luò)或移動網(wǎng)絡(luò)將語音數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器，服務(wù)器再將語音數(shù)據(jù)傳給百度開放平臺的語音識別API，語音識別API經(jīng)過其內(nèi)部一系列的處理返回文字?jǐn)?shù)據(jù)，服務(wù)器再對文字?jǐn)?shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理，之后服務(wù)器傳輸指令到智能家居的主控裝置，主控裝置再操控各種家庭設(shè)備。服務(wù)器處理文字?jǐn)?shù)據(jù)處理流程如圖2所示。

服務(wù)器處理文字?jǐn)?shù)據(jù)的過程如下：

（1）通過百度語音識別后傳過來的文字，先去掉根本不可能出現(xiàn)的字、亂碼，以及操控智能家居產(chǎn)品中根本不可能出現(xiàn)的偏僻字，最后將剩余的文字使用全文搜索solr技術(shù)進行分詞。本系統(tǒng)在其solr技術(shù)的基礎(chǔ)上加入具有中國特色的中文分詞器，還根據(jù)solr的可拓展性，加入一些自己定義的有關(guān)智能家居產(chǎn)品的詞語，以擴展solr全文分詞器對智能家居產(chǎn)品的分詞能力。最后達到提高智能語音識別成功率的目的。

（2）對比步驟（1）中solr技術(shù)所分成的詞語與數(shù)據(jù)庫中所設(shè)置好的開始問候語（喚醒智能家居設(shè)備的關(guān)鍵字），判斷當(dāng)前識別的詞語中是否存在已經(jīng)設(shè)置好的開始問候語，如果比對成功則進入下一階段，否則將這段文字拋棄，不做任何指令操作。使用者可以自定義開始問候語，這樣可以提高本系統(tǒng)喚醒的可拓展性。

（3）把問候語之后的詞語與數(shù)據(jù)庫指令詞語先進行精確對比，如果可以精確匹配，即詞語與指令詞語對比一模一樣，則發(fā)送指令操控家居設(shè)備，進入步驟（4）操作。如果精確對比沒有所包含的指令詞語，再進行模糊對比，從中選擇出相對率最為合適的指令，即進行第二次判斷，通過前端界面詢問使用者是否進行該條相對率最高的指令。如果使用者回復(fù)為“是”（即在交互界面點擊“確定”按鈕），則進行對應(yīng)的指令操控，即進入步驟（4）操作;如果使用者回復(fù)為“不是”（即在交互界面點擊“否”按鈕），則不進行任何指令操控。

（4）指令執(zhí)行階段，通過步驟（3）一系列的指令判斷后，就實現(xiàn)了使用語音識別對智能家居產(chǎn)品的操控。

2.2 軟件模塊設(shè)計

2.2.1 采用技術(shù)

本系統(tǒng)開發(fā)了三種類型的前端用戶交互界面：手機APP、PC端的Web頁面和微信小程序。手機APP采用Android技術(shù)進行開發(fā)，能夠自適應(yīng)各種品牌和型號的手機;PC端的Web頁面采用H5技術(shù)，并使用Bootstrap框架完成;微信小程序的前端開發(fā)采用H5技術(shù)、CSS和JavaScript技術(shù)進行開發(fā)。

系統(tǒng)的管理后臺采用SpringBoot進行開發(fā)，SpringBoot是用當(dāng)前最流行的輕量級Java框架，不僅大大簡化了工程配置文件的數(shù)量和繁瑣的過程，而且還解決了框架集成過程中出現(xiàn)的依賴包版本沖突問題。

2.2.2 系統(tǒng)后臺功能設(shè)計

系統(tǒng)的后臺包括用戶管理和設(shè)備管理兩大功能模塊，并對這兩個功能模塊分別進行設(shè)計。

用戶管理模塊主要包括對家庭用戶信息的一些基本操作，包括用戶信息的增加、刪除、修改和查詢等操作;而系統(tǒng)的后臺主要是對家庭設(shè)備的管理，包括家庭設(shè)備的狀態(tài)查詢、電量顯示、定時設(shè)置，以及對家庭設(shè)備信息的增加、刪除、修改、查詢等操作。系統(tǒng)的后臺功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本系統(tǒng)主要服務(wù)于一個家庭，要存儲的家庭設(shè)備類型和數(shù)據(jù)量都比較小，所以選擇MySQL作為后臺數(shù)據(jù)庫來存儲數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫中設(shè)計三個數(shù)據(jù)表來存儲相關(guān)數(shù)據(jù)，即：用戶信息表存儲家庭用戶的信息;設(shè)備信息表存儲家庭設(shè)備的信息;語音指令表用來存儲用戶語音指令信息。其中用戶信息見表1所列。

3 系統(tǒng)測試

本文使用兩個家庭用戶賬號對系統(tǒng)進行測試，分別測試客廳空調(diào)、客廳燈和電飯煲等三個家庭設(shè)備的開關(guān)操作，均能成功打開和關(guān)閉。測試結(jié)果見表2所列。

4 結(jié) 語

本文借助百度AI開放平臺的語音識別技術(shù)開發(fā)了一款智能家居系統(tǒng)，用戶可以通過手機APP，PC端Web頁面和微信小程序等三種方式對家庭設(shè)備進行語音控制。系統(tǒng)的管理后臺采用當(dāng)前流行的Java框架SpringBoot進行開發(fā)，簡化了開發(fā)流程和效率。經(jīng)測試，本系統(tǒng)能夠?qū)β?lián)網(wǎng)的家庭設(shè)備進行語音控制，達到了預(yù)期效果。

參考文獻

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