基于語音識(shí)別技術(shù)的“智慧”家居系統(tǒng)的應(yīng)用研究

侯德彪 賈雪

摘 要：本文主要對(duì)基于語音識(shí)別技術(shù)的“智慧”家居系統(tǒng)做了初步研究，采用當(dāng)前流行的智能語音助手配合ZigBee無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能家居控制。

關(guān)鍵詞：ZigBee；智能家居；物聯(lián)網(wǎng)

1 緒論

隨著居民的生活水平和消費(fèi)能力不斷提高，新需求的增長以及信息化對(duì)人們傳統(tǒng)生活的改變，讓許多人尤其是先富人群對(duì)智能家居的需求日益強(qiáng)烈。智能家居最初的發(fā)展主要以燈光遙控控制、電器遠(yuǎn)程控制和電動(dòng)窗簾控制為主，依托于數(shù)字屏和各種終端設(shè)備[1]。隨著行業(yè)的發(fā)展，智能控制的功能越來越多，控制的對(duì)象不斷擴(kuò)展，控制的聯(lián)動(dòng)場景要求更高，其不斷延伸到家庭安防報(bào)警、門禁指紋控制等領(lǐng)域，可以說智能家居幾乎可以涵蓋所有傳統(tǒng)的弱電行業(yè)，市場發(fā)展前景誘人。

2 系統(tǒng)方案

ZigBee具有低功耗、低成本、支持大量節(jié)點(diǎn)、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、低?fù)雜度、快速、可靠、安全等優(yōu)點(diǎn)，每個(gè)ZigBee模塊之間可以相互通信[2]。本文所研究的系統(tǒng)主要采用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)搭接無線數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)。ZigBee技術(shù)是一種低成本、低復(fù)雜度、低功耗、高安全、近距離傳輸?shù)碾p向無線通訊技術(shù)，具備擴(kuò)展性強(qiáng)特點(diǎn)，能夠嵌入各種家居設(shè)備，這是藍(lán)牙、WIFI等所不能比的。

微軟Cortana助手，它是微軟發(fā)布的全球第一款個(gè)人智能助理，它“能夠了解用戶的喜好和習(xí)慣”，“幫助用戶進(jìn)行日程安排、問題回答等”，雖然對(duì)于語音識(shí)別方面小娜沒有開源的API（Application Programming Interface，應(yīng)用程序編程接口），但可以通過后臺(tái)監(jiān)控，關(guān)鍵字截取等方式實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別，將智能語音助手應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活。

如果利用當(dāng)前流行的智能語音助手配合ZigBee無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)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(tǒng)組成及功能

“智慧”家居系統(tǒng)主要設(shè)備組成：系統(tǒng)主機(jī)、燈光、風(fēng)扇、窗簾、空調(diào)[3]等。

“智慧”家居系統(tǒng)各組成部分可實(shí)現(xiàn)功能：

智能燈光：通過語音或者手機(jī)、電腦等終端或者可隨時(shí)開關(guān)燈，并且能夠精確識(shí)別所說的關(guān)鍵字，能夠達(dá)到同時(shí)多點(diǎn)控制。

智能風(fēng)扇：通過語音或者手機(jī)、電腦等終端可隨時(shí)開關(guān)風(fēng)扇。

智能窗簾：通過語音或者手機(jī)、電腦等終端控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)窗簾的開啟和關(guān)閉，并且能夠自動(dòng)停止。

智能空調(diào)：通過語音或者手機(jī)、電腦等終端可隨時(shí)開關(guān)空調(diào)同時(shí)亦可以調(diào)控溫度，語音可識(shí)別所要求的溫度從而自動(dòng)調(diào)整，手機(jī)和電腦可通過人機(jī)界面設(shè)置。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容

“智慧”家居系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分。第一部分即硬件部分，通過單片機(jī)驅(qū)動(dòng)I/O口實(shí)現(xiàn)點(diǎn)燈、關(guān)燈等一系列操作；第二部分即無線傳輸部分，將ZigBee燒錄協(xié)調(diào)器和節(jié)點(diǎn)的代碼，通過“廣播”的形式將上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)的處理驅(qū)動(dòng)各個(gè)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(fēng)連接至家庭的各個(gè)地方即可實(shí)現(xiàn)語音操作，同時(shí)電腦PC端亦可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。同時(shí)通過C#編寫的人機(jī)界面，電腦串口與ZigBee節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交互，節(jié)點(diǎn)通過協(xié)調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)廣播，即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。將編寫的軟件發(fā)布至網(wǎng)頁，綁定域名和IP地址，即可用手機(jī)、平板等設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問并控制。

4.1 上位機(jī)開發(fā)

第一部分通過C#編寫串口通信軟件，將接收數(shù)據(jù)寫入接收文本，將命令文本發(fā)送至下位機(jī)。

第二部分通過python編寫語義識(shí)別腳本，因?yàn)椤靶∧取睍?huì)將不能識(shí)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(duì)句柄進(jìn)行分析，將判斷出的結(jié)果寫入命令文本，同時(shí)讀取接收文本文件進(jìn)行判斷。

第三部分，將上位機(jī)作為服務(wù)器，通過網(wǎng)頁的方式控制電氣，前臺(tái)通過靜態(tài)頁面HTML與后臺(tái)PHP腳本的結(jié)合，腳本根據(jù)靜態(tài)頁面?zhèn)骰財(cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，將分析結(jié)果寫入命令文本。

4.2 下位機(jī)部分

系統(tǒng)以STC15F2K60S2作為終端控制器，通過15單片機(jī)與ZigBee CC2530節(jié)點(diǎn)的TXD RXD交叉連接，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間的無線連接。以cc2530作為組網(wǎng)元件，各個(gè)終端之間通過廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)之間的通信。單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)中的控制位，經(jīng)過數(shù)據(jù)位的判斷，識(shí)別相應(yīng)的控制信息，從而做到單片機(jī)之間的無線數(shù)據(jù)傳送與無線控制，通過IO口驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。

通過上位機(jī)串口發(fā)送數(shù)據(jù)至ZigBee節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器“廣播”后，單片機(jī)將節(jié)點(diǎn)收到的數(shù)據(jù)處理后通過IO口驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)優(yōu)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(xiàn)實(shí)生活給人耳目一新的感受與方便快捷的體驗(yàn)。

本項(xiàng)目將時(shí)下熱門的語音識(shí)別結(jié)合智能家居創(chuàng)造出全新的不同于以往依托于手機(jī)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(shí)現(xiàn)家居的控制。例如，在一個(gè)繁忙的一天中，小娜能夠智能提醒住戶日程，播報(bào)新聞、天氣等功能，當(dāng)你騰不開雙手觸摸手機(jī)等終端設(shè)備時(shí)，你可以直接語音呼叫“嘿，小娜”，智慧家居系統(tǒng)既能夠幫你自動(dòng)開關(guān)任何通電設(shè)備，調(diào)節(jié)空調(diào)溫度，并能反饋信息和交流，不同于僅僅“物”聯(lián)“網(wǎng)”，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(shí)上的體驗(yàn)以及對(duì)現(xiàn)有的“智能”家居體系的優(yōu)化和提升。

語音識(shí)別，讓電腦聽懂人的話，并做出正確反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的非特定人、小詞匯量、孤立詞語音識(shí)別系統(tǒng)，使家居系統(tǒng)“智慧化”，更方便人們的使用。

參考文獻(xiàn)

[1]劉文強(qiáng).語音識(shí)別技術(shù)在智能家居中的研究與應(yīng)用[J].武漢理工大學(xué)，2013（05）.

[2]禹琳琳.語音識(shí)別技術(shù)及應(yīng)用綜述[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013（07）.

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

作者簡介：侯德彪（1996-），男，學(xué)生，吉林建筑大學(xué)，電氣與計(jì)算機(jī)學(xué)院，電子信息工程15級(jí)學(xué)生。

賈雪（1972-），女，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，碩士，主要從事建筑電氣設(shè)備自動(dòng)化等方向的教學(xué)。