Android手機的智能家居語音控制系統設計

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(1.成都理工大學 信息科學與技術學院，成都 610059；2.上海艾能電力工程有限公司)

引 言

智能家居不僅為人們提供了安全的、便利的、舒適的基礎生活設施，而且還能保證人們的居住環境環保節能。但在國內，目前智能家居還只是處于技術推廣階段，并未實際應用于百姓的日常生活中，造成這種狀況的原因有很多方面，比如軟件操作復雜、人機交互性差、價格昂貴等。

Android系統于2007年11月5日由谷歌公司公布以來，其憑借開源、自由的優勢,面世以后就受到了移動終端生產商的青睞。Android開發環境所需的開發工具包括Java SDK、Eclipse、Android SDK、Android ADT。其中，Android SDK是Android的專屬軟件開發包。百度語音SDK Android版(簡稱BDVRClient)是運行在Android 平臺的一體化語音識別解決方案。百度語音合成客戶端Android版SDK(簡稱BDTTSClient)是面向Android移動設備的語音合成解決方案。STC89C52是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8 KB在系統可編程Flash存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供了高靈活、超有效的解決方案。

本設計將采用BDVRClient和BDTTSClient方案。系統將人類語音發送至云端引擎進行處理，返回計算機可讀的字符串輸入，對字符串進行處理，采用TTS技術實現智能應答，結合藍牙實現數據(指令)無線傳輸，使用嵌入式技術實現對家居系統的控制、定時等功能。

1 上位機APP開發

1.1 界面設計

本設計包括主界面、藍牙管理界面、指令管理界面三個界面，分別使用嵌套布局、相對布局、線性布局，使用的控件有Button、TextView、EditText、ListView、togglebutton等。界面設計如圖1所示。

圖1 界面設計

1.2 程序邏輯設計

1.2.1 語音識別模塊

(1) 權限聲明

(2) 創建對話框

mDialog=new BaiduASRDigitalDialog(context,params);

(3) 設置回調

mRecognitionListener=newDialogRecognitionListener(){

publicvoidonResults(Bundle results){

ArrayListrs=results !=null?results.getStringArrayList(RESULTS_RECOGNITION):null;

if(rs!=null){ } } };

mDialog.setDialogRecognitionListener(mRecognitionListener);

(4) 調用mDialog.show()開始識別

BDVRClient在開始識別后，會啟動錄音、預處理、上傳到服務器并獲取識別結果。

1.2.2 語音合成模塊

(1) 權限聲明

(2) Tts初始化與授權等參數設置

speechSynthesizer = SpeechSynthesizer.getInstance();

speechSynthesizer.setContext(Context);

speechSynthesizer.setSpeechSynthesizerListener(SpeechSynthesizerListener);

AuthInfo authInfo = speechSynthesizer.auth(TtsMode);

speechSynthesizer.initTts(TtsMode);

(3) 參數設置

設置PARAM_VOLUME、PARAM_SPEED、PARAM_PITCH、PARAM_SPEAKER、PARAM_AUDIO_ENCODE、PARAM_AUDIO_RATE等參數。

(4) 授權驗證接口

AuthInfo authInfo=speechSynthesizer.auth(TtsMode ttsMode);

(5) Tts初始化接口

int initTts(TtsMode ttsMode);

(6) 合成并播放

調用speak()即可實現合成并播放。

1.2.3 藍牙模塊

(1) 打開/關閉藍牙

獲得藍牙適配器:

blueadapter=BluetoothAdapter.getDefaultAdapter();

調用blueadapter.enable()和blueadapter.disable()打開或者關閉藍牙。

(2) 搜索藍牙

調用diblueadapter.startDiscovery( )發送廣播搜索藍牙，在發送廣播之前需要注冊藍牙搜索廣播接收者、定義廣播接收，當廣播的事件是注冊的事件時就會觸發廣播接收器，然后觸發廣播接收的onReceiver()，從Intent中獲取設備對象:

BluetoothDevice device=intent.getParcelableExtra(BluetoothDevice.EXTRA_DEVICE);

通過listview控件顯示遠端設備列表。

(3) 藍牙配對

藍牙首次配對之后，隨后的通信連接就不必每次都要做確認。

(4) 建立connect線程完成連接并發送socket連接完成的廣播事件

部分代碼如下：

socket=this.device.createRfcommSocketToServiceRecord(this.myUID);

socket.connect();

Intent tent=new Intent(MainActivity.CONNECT_FINAL_ACTION);

MainActivity.this.sendBroadcast(tent);

(5) 指令發送

廣播接收onReceiver()中，獲得blueSocket對象：

blueSocket=MainActivity.this.connect_thread.getSocket();

通過blueSocket對象獲取輸出流：

tmpOut=blueSocket.getOutputStream();

通過調用tmpOut.write(bytes[])發送指令。

1.2.4 SQLite數據庫模塊

(1) 創建zhiling表

使用SQLiteOpenHelper抽象類創建一個ZHILING.db的數據庫，然后在代碼中執行db.execSQL(CREATE_ZHILING)創建一張zhiling表。

(2) 添加數據

獲取SQLiteDatabase對象:

SQLiteDatabase db=dbHelper.getWritableDatabase();

然后使用ContentValues來對要添加的數據進行組裝,最后調用db.insert()將數據添加到zhiling表中。

(3) 顯示列表

通過SimpleCursorAdapter類與數據綁定，借助listview顯示數據。

(4) 數據庫查詢

使用db.query()遍歷數據庫進行查詢，獲取單字節指令。

1.3 Toast提示

Toast可以反映當前控制端的變化，提醒用戶當前應用的狀態。Toast 提示的內容如下：藍牙連接狀態改變提示、查詢指令成功提示和指令發送成功提示等。

2 下位機的設計

2.1 下位機硬件設計

下位機以單片機STC89C52為核心控制器，通過串口與HC-06藍牙模塊連接，接收來自上位機的指令；P1^7 I/O口與P3^2 I/O連接，可產生外部中斷，用于LED照明系統的定時；P1^0、P1^1、P1^2 I/O口通過限流電阻與LED燈連接構成LED照明系統；與LCD1602顯示模塊的連接構成液晶顯示電路；與紅外發射管和相應的保護電路構成紅外發射電路等；下位機硬件原理圖(藍牙模塊、LCD1602液晶顯示模塊以相應的接口形式體現)如圖2所示。

圖2 下位機硬件原理圖

下位機實物圖如圖3所示。

圖3 下位機實物圖

2.2 下位機軟件設計

下位機軟件的主要功能包括接收來自上位機的指令、對指令進行判斷、或控制LED照明系統、或產生中斷進行定時、或控制紅外發射、或控制液晶顯示。

對于中斷服務程序，首先對指令進行判斷，調用顯示子程序，然后程序延時2分鐘，熄滅對應的LED燈，中斷返回。對于紅外發送部分，采用定時方式0產生中斷的方式產生載波，使用定時方式1延時的方式實現引導碼、“1”、“0”的發送。

對于液晶顯示部分，其操作時序為：

① 讀狀態：輸入RS=L，RW=H，E=H；輸出D0～D7=狀態字。

② 寫指令：輸入RS=L，RW=L，D0～D7=指令碼，E=高脈沖； 輸出無。

③ 讀數據：輸入RS=H，RW=H，E=H；輸出D0～D7=數據。

④ 寫數據：輸入RS=H，RW=L，D0～D7=數據，E=高脈沖；輸出無。

下位機軟件程序流程圖如圖4所示。

圖4 下位機軟件程序流程圖

3 系統測試

將smarthome.apk發送至Android手機進行安裝，編輯指令列表，將xiaweiji.hex燒寫至單片機，連接電路，接通電源，連接藍牙，部分測試用例和測試記錄見表1。

表1 部分測試用例和測試記錄

結 語

[1] 張濤.基于Android的智能家居系統的設計與實現[D].合肥:安徽大學,2015.

[2] 韓迪,李建慶.Android實例詳解項目實訓開發[M].北京:北京郵電大學出版社,2016.

[3] 侯殿有.單片機C語言程序設計[M].北京:人民郵電出版社,2010.

[4] David Kammer.藍牙應用開發指南近程互聯解決方案[M].李靜,等譯.北京:科學出版社,2003.

[5] 王玉鳳.基于紅外、無線通信和語音識別的智能家電網絡控制系統[D].長沙:長沙理工大學,2005.

[6] 北京百度網訊科技有限公司.百度語音識別SDK Android版開發手冊[EB/OL].[2017-09].http://yuyin.baidu.com/docs/asr/166.

[7] 百度在線網絡技術(北京)有限公司.百度語音合成SDK Android版開發手冊[EB/OL].[2017-09].http://yuyin.baidu.com/docs/tts.

[8] 鄧奕.Altium Designer原理圖與PCB設計[M].武漢:華中科技大學出版社,2015.