基于語音控制的智能家居系統設計

　　智能化正在影響著人們的生活，給人們帶來越來越便利的生活條件。為使智能化更好服務生活，設計了一個基于語音控制的智能家居系統，通過打開Android手機APP，啟用語音喚醒功能，通過關鍵詞喚醒實現語音識別功能，識別出用戶的指令，把識別出來的命令語句發送給服務器，通過服務器轉發給已經上線的控制器端，從而實現整個控制過程。經實際測試，該系統是可靠實用，操作方便。

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　　1 背景

　　家居智能化正在慢慢影響著人們的生活，給人們帶來越來越多的便利條件。智能家居的控制方式從傳輸媒質的角度來說，存在有線控制方式;從控制終端上來說有鍵盤、紅外遙控器、計算機終端、移動設備等方式。智能手機通過無線方式對家居系統進行控制，快捷、方便、靈活，因此移動端控制將是智能家居的發展趨勢。Android系統主要用于移動設備開發，憑借開源，免費和豐富的硬件選擇，其已經成為使用最多的移動端操作系統。隨著技術的進步，百度公司推出語音識別Android SDK(離在線)，給開發者提供一個語音識別的接口，通過云端的識別，給開發者返回識別結果，使開發者能夠使用語音進行二次開發。

　　語音控制具有非接觸、非侵入性和易于使用的特點，是智能家居的一個新的方向。該設計是基于語音控制的智能家居系統，采用基于Android平臺的移動設備作為控制終端，STM32模塊作為執行設備的主控板，通過服務器命令轉發，實現了用語音命令通過Android移動設備對家居的設備控制。

　　2 系統概述

　　語音控制的智能家居系統框圖如圖1所示，包括Android移動設備端、云端的百度語音接口、云服務器端、執行設備的主控板及其所屬功能模塊。其中Android移動端設備提供人機交互界面，輸入語音信息;云端的百度語音接口進行云端語音解析并返還解析出的字符串給Android移動端設備;云服務器端控制網絡數據傳輸及其數據存儲;STM32控制板負責接收服務器轉發過來的命令，對家居中的各個功能模塊進行控制，并把功能模塊各控制狀態返回給服務器。各功能模塊功能包括窗簾，插座，室內燈等家居設備和溫濕度傳感器。

　　該設計通過語音喚醒功能實現語音識別，通過從云端返回的字符串，判斷出用戶的命令，把命令發送給服務器，由服務器把命令轉發給已經上線的控制器端，從而執行用戶命令，實現智能家居的語音控制。

　　3 控制終端APP的設計與實現

　　3.1 控制終端APP功能框架設計

　　其APP的功能框架如圖2所示，其功能分為四個部分，本別是賬戶的登錄與注銷功能，語音喚醒功能語音識別功能以及按鍵控制功能。賬號的登錄是通過在服務器端添加賬戶獲得訪問權限，登陸之后獲得控制權限;語音喚醒功能是通過特定詞喚醒，無須按鍵觸摸，進入語音識界面;語音識別界面則需要進行按鈕進行觸發;按鍵控制是用按鈕進行功能控制。

　　3.2控制終端APP程序設計流程

　　1)賬號登錄。如圖3所示是用戶的登錄流程圖，通過讀取用戶名和密碼，當用戶名和密碼不為空時，向服務器發送一個post請求，當其賬戶名密碼正確時，就返回一個登錄成功的狀態值，這時界面跳轉到用戶主界面;當輸入錯誤的賬戶名和密碼時，界面不進行跳轉，并提示賬戶名或者密碼錯誤的提示。

　　2)語音喚醒功能。在此功能界面中，無須手動控制，通過檢測關鍵詞，喚醒語音識別功能。通過創建喚醒管理器，注冊喚醒事件監聽器，當有喚醒詞出現時，進入處理事件，在處理事件中跳轉到語音識別界面，啟動錄音，等待使用者說話，等語音輸入結束，進行預處理，通過百度語音接口上傳到服務器并獲取識別出來的字符串。

　　3)語音識別。通過設置按鈕點擊事件，啟動語音識別功能，具體實現功能同上。和語音喚醒的區別在于啟動方式不同。

　　4)按鍵控制。通過語音控制雖然比較方便，但是在一些需要安靜的環境里，語音控制是合適的，因此使用按鈕進行控制是不錯的選擇。

　　3.3 UI界面設計

　　語音控制智能家居的登錄界面和功能界面如圖4所示。登錄界面是輸入用戶名和密碼，點擊登錄后，向服務器發送登錄請求，登錄成功后界面跳轉到功能主界面;點擊語音喚醒功能后，跳轉到語音喚醒界面，通過語音喚醒關鍵詞，喚醒語音識別功能，直接進行語音識別，無須按鈕控制;也可以直接點擊語音喚醒，通過點擊開始進行語音識別。語音識別之后返回的結果經過處理之后通過HTTP協議中的post函數發送給服務器，通過服務器把命令轉發給控制器實現遠程控制功能。

　　4 STM32控制終端

　　4.1 通信模塊

　　ESP8266是一款高性能的UART-WiFi串口無線模塊，由它解決STM32聯入網絡的問題。ESP8266通過連接路由器，并入網絡，從而可以訪問云服務器，在透明傳輸模式下，作為TCP客戶端同服務器進行交互;另一方面，ESP8266通過串口同STM32進行交互，從而完成從手機端通過語音對控制器終端的控制。

　　圖5是ESP8266和服務器交互前的設置流程。為了清晰地展現這一過程，使用了串口調試助手進行演示。經過設置之后，ESP8266就能和服務器進行通信了，這樣就可以通過手機進行語音控制，把控制信息傳送到STM32中，從而實現對家居的功能控制。

　　4.2 STM32控制模塊

　　圖6是STM32的主控板，包括STM32F103C8T6最小系統板，Nokia5110顯示屏和ESP8266UART-WiFi串口無線模塊。單片機通過串口同ESP8266進行交互，得到控制命令，對命令進行處理，從而完成對終端的控制。

　　5 結束語

　　該文設計的基于語音控制的智能家居系統相比較其他方式有以下優勢：①基于語音控制，更加智能化。②基于移動端的遠程控制，可以隨時隨地對控制器進行控制。③使用的是Android系統，更易于推廣。經實際測試，本系統能夠達到預期的效果，對于智能家居的發展具有一定的意義。

　　參考文獻：

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