基于語音識別的智能家居系統設計

孫全寶

摘 要：目前我國市場上的智能家居產品已經越來越多，各種產品樣式層出不窮，但卻沒有一套完整的具有劃時代意義的智能家居產品。針對這一現象，設計一款基于語音識別的智能家居系統。該系統的語音識別采用百度AI開放平臺的語音識別技術，系統的管理后臺采用Java語言進行開發。測試結果表明，所設計系統功能符合預期，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備進行語音控制。

關鍵詞：智能家居;語音識別;系統設計;Java;微信小程序;語音控制

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

0 引 言

隨著現代科學技術的不斷發展，生產力的不斷提升，人們越來越注重生活品質，由此智能家居產品逐漸走入大眾的視線。例如，在家居產品中掃地機器人可以幫助人們清潔家中的衛生，不僅方便快捷，還能節約人們的寶貴時間。智能家居的發展越來越依賴于人機交互，從而使用語音識別操控家居產品的技術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，設計一套基于語音識別的智能家居系統。此系統的管理后臺采用當前流行的Java語言開發，用戶可以通過手機APP、PC端的Web頁面或者微信小程序實現對家居產品中燈、空調、電視機、窗簾、監控等的語音化控制。

1 系統總體框架

本智能家居系統共包括各種家庭設備、主控裝置（家庭網關）、系統管理后臺、百度AI語音識別模塊和用戶交互界面等五部分。其系統總體架構如圖1所示。

系統租用騰訊云作為Web服務器，把系統管理后臺放在騰訊的云端，保證系統的安全性和穩定性。為了用戶與系統能更好的交互，本系統開發三種不同的前端，即用戶可以通過在手機上安裝定制的APP與系統進行交互，也可以在PC端進入Web頁面與系統進行交互，還可以在微信上登錄定制的小程序與系統進行交互。這三種方式都能對家庭設備進行控制，也能夠查看家庭設備的狀態。家庭設備主要包括電飯煲、空調、電視、窗簾等家用電器。系統后臺通過百度AI開放平臺的語音識別技術實現語音識別。

2 語音識別與軟件模塊設計

2.1 語音識別模塊設計

本智能家居系統的語音識別采用百度AI開放平臺上的語音識別技術，然后根據百度開放平臺所生成的文字來最終實現智能家居系統的語音識別。語音識別過程必須先通過性能優良的語音采集設備采集語音信號，主控裝置通過WiFi網絡或移動網絡將語音數據傳輸到服務器，服務器再將語音數據傳給百度開放平臺的語音識別API，語音識別API經過其內部一系列的處理返回文字數據，服務器再對文字數據進行相應的處理，之后服務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備。服務器處理文字數據處理流程如圖2所示。

服務器處理文字數據的過程如下：

（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的字、亂碼，以及操控智能家居產品中根本不可能出現的偏僻字，最后將剩余的文字使用全文搜索solr技術進行分詞。本系統在其solr技術的基礎上加入具有中國特色的中文分詞器，還根據solr的可拓展性，加入一些自己定義的有關智能家居產品的詞語，以擴展solr全文分詞器對智能家居產品的分詞能力。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技術所分成的詞語與數據庫中所設置好的開始問候語（喚醒智能家居設備的關鍵字），判斷當前識別的詞語中是否存在已經設置好的開始問候語，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喚醒的可拓展性。

（3）把問候語之后的詞語與數據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，則發送指令操控家居設備，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。如果使用者回復為“是”（即在交互界面點擊“確定”按鈕），則進行對應的指令操控，即進入步驟（4）操作;如果使用者回復為“不是”（即在交互界面點擊“否”按鈕），則不進行任何指令操控。

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

2.2 軟件模塊設計

2.2.1 采用技術

本系統開發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技術進行開發，能夠自適應各種品牌和型號的手機;PC端的Web頁面采用H5技術，并使用Bootstrap框架完成;微信小程序的前端開發采用H5技術、CSS和JavaScript技術進行開發。

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

2.2.2 系統后臺功能設計

系統的后臺包括用戶管理和設備管理兩大功能模塊，并對這兩個功能模塊分別進行設計。

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;而系統的后臺主要是對家庭設備的管理，包括家庭設備的狀態查詢、電量顯示、定時設置，以及對家庭設備信息的增加、刪除、修改、查詢等操作。系統的后臺功能結構如圖3所示。

2.2.3 數據庫設計

本系統主要服務于一個家庭，要存儲的家庭設備類型和數據量都比較小，所以選擇MySQL作為后臺數據庫來存儲數據。數據庫中設計三個數據表來存儲相關數據，即：用戶信息表存儲家庭用戶的信息;設備信息表存儲家庭設備的信息;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 系統測試

本文使用兩個家庭用戶賬號對系統進行測試，分別測試客廳空調、客廳燈和電飯煲等三個家庭設備的開關操作，均能成功打開和關閉。測試結果見表2所列。

4 結 語

本文借助百度AI開放平臺的語音識別技術開發了一款智能家居系統，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備進行語音控制。系統的管理后臺采用當前流行的Java框架SpringBoot進行開發，簡化了開發流程和效率。經測試，本系統能夠對聯網的家庭設備進行語音控制，達到了預期效果。

參考文獻

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