基于语音识别的智能家居系统设计
来源:用户上传
作者:
摘 要：目前我国市场上的智能家居产品已经越来越多，各种产品样式层出不穷，但却没有一套完整的具有划时代意义的智能家居产品。针对这一现象，设计一款基于语音识别的智能家居系统。该系统的语音识别采用百度AI开放平台的语音识别技术，系统的管理后台采用Java语言进行开发。测试结果表明，所设计系统功能符合预期，能够通过APP、Web页面和微信小程序方便地进行语音识别并对家庭设备进行语音控制。
关键词：智能家居;语音识别;系统设计;Java;微信小程序;语音控制
中图分类号：TP391.42 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2020）07-0-02
0 引 言
随着现代科学技术的不断发展，生产力的不断提升，人们越来越注重生活品质，由此智能家居产品逐渐走入大众的视线。例如，在家居产品中扫地机器人可以帮助人们清洁家中的卫生，不仅方便快捷，还能节约人们的宝贵时间。智能家居的发展越来越依赖于人机交互，从而使用语音识别操控家居产品的技术必定会成为研究的热点[1-5]。
本文采用百度AI开放平台的语音识别技术，设计一套基于语音识别的智能家居系统。此系统的管理后台采用当前流行的Java语言开发，用户可以通过手机APP、PC端的Web页面或者微信小程序实现对家居产品中灯、空调、电视机、窗帘、监控等的语音化控制。
1 系统总体框架
本智能家居系统共包括各种家庭设备、主控装置（家庭网关）、系统管理后台、百度AI语音识别模块和用户交互界面等五部分。其系统总体架构如图1所示。
系统租用腾讯云作为Web服务器，把系统管理后台放在腾讯的云端，保证系统的安全性和稳定性。为了用户与系统能更好的交互，本系统开发三种不同的前端，即用户可以通过在手机上安装定制的APP与系统进行交互，也可以在PC端进入Web页面与系统进行交互，还可以在微信上登录定制的小程序与系统进行交互。这三种方式都能对家庭设备进行控制，也能够查看家庭设备的状态。家庭设备主要包括电饭煲、空调、电视、窗帘等家用电器。系统后台通过百度AI开放平台的语音识别技术实现语音识别。
2 语音识别与软件模块设计
2.1 语音识别模块设计
本智能家居系统的语音识别采用百度AI开放平台上的语音识别技术，然后根据百度开放平台所生成的文字来最终实现智能家居系统的语音识别。语音识别过程必须先通过性能优良的语音采集设备采集语音信号，主控装置通过WiFi网络或移动网络将语音数据传输到服务器，服务器再将语音数据传给百度开放平台的语音识别API，语音识别API经过其内部一系列的处理返回文字数据，服务器再对文字数据进行相应的处理，之后服务器传输指令到智能家居的主控装置，主控装置再操控各种家庭设备。服务器处理文字数据处理流程如图2所示。
服务器处理文字数据的过程如下：
（1）通过百度语音识别后传过来的文字，先去掉根本不可能出现的字、乱码，以及操控智能家居产品中根本不可能出现的偏僻字，最后将剩余的文字使用全文搜索solr技术进行分词。本系统在其solr技术的基础上加入具有中国特色的中文分词器，还根据solr的可拓展性，加入一些自己定义的有关智能家居产品的词语，以扩展solr全文分词器对智能家居产品的分词能力。最后达到提高智能语音识别成功率的目的。
（2）对比步骤（1）中solr技术所分成的词语与数据库中所设置好的开始问候语（唤醒智能家居设备的关键字），判断当前识别的词语中是否存在已经设置好的开始问候语，如果比对成功则进入下一阶段，否则将这段文字抛弃，不做任何指令操作。使用者可以自定义开始问候语，这样可以提高本系统唤醒的可拓展性。
（3）把问候语之后的词语与数据库指令词语先进行精确对比，如果可以精确匹配，即词语与指令词语对比一模一样，则发送指令操控家居设备，进入步骤（4）操作。如果精确对比没有所包含的指令词语，再进行模糊对比，从中选择出相对率最为合适的指令，即进行第二次判断，通过前端界面询问使用者是否进行该条相对率最高的指令。如果使用者回复为“是”（即在交互界面点击“确定”按钮），则进行对应的指令操控，即进入步骤（4）操作;如果使用者回复为“不是”（即在交互界面點击“否”按钮），则不进行任何指令操控。
（4）指令执行阶段，通过步骤（3）一系列的指令判断后，就实现了使用语音识别对智能家居产品的操控。
2.2 软件模块设计
2.2.1 采用技术
本系统开发了三种类型的前端用户交互界面：手机APP、PC端的Web页面和微信小程序。手机APP采用Android技术进行开发，能够自适应各种品牌和型号的手机;PC端的Web页面采用H5技术，并使用Bootstrap框架完成;微信小程序的前端开发采用H5技术、CSS和JavaScript技术进行开发。
系统的管理后台采用SpringBoot进行开发，SpringBoot是用当前最流行的轻量级Java框架，不仅大大简化了工程配置文件的数量和繁琐的过程，而且还解决了框架集成过程中出现的依赖包版本冲突问题。
2.2.2 系统后台功能设计
系统的后台包括用户管理和设备管理两大功能模块，并对这两个功能模块分别进行设计。
用户管理模块主要包括对家庭用户信息的一些基本操作，包括用户信息的增加、删除、修改和查询等操作;而系统的后台主要是对家庭设备的管理，包括家庭设备的状态查询、电量显示、定时设置，以及对家庭设备信息的增加、删除、修改、查询等操作。系统的后台功能结构如图3所示。
2.2.3 数据库设计
本系统主要服务于一个家庭，要存储的家庭设备类型和数据量都比较小，所以选择MySQL作为后台数据库来存储数据。数据库中设计三个数据表来存储相关数据，即：用户信息表存储家庭用户的信息;设备信息表存储家庭设备的信息;语音指令表用来存储用户语音指令信息。其中用户信息见表1所列。
3 系统测试
本文使用两个家庭用户账号对系统进行测试，分别测试客厅空调、客厅灯和电饭煲等三个家庭设备的开关操作，均能成功打开和关闭。测试结果见表2所列。
4 结 语
本文借助百度AI开放平台的语音识别技术开发了一款智能家居系统，用户可以通过手机APP，PC端Web页面和微信小程序等三种方式对家庭设备进行语音控制。系统的管理后台采用当前流行的Java框架SpringBoot进行开发，简化了开发流程和效率。经测试，本系统能够对联网的家庭设备进行语音控制，达到了预期效果。
参考文献
[1]周宝昌，谢智阳，梁景亮.基于Arduino的智能家居语音识别系统[J].数字技术与应用，2019，37（9）：37-38.
[2]张珣，李道磊.基于语音识别技术的智能家居网关系统设计[J].软件导刊，2019，18（5）：49-52.
[3]胡冬琴，王琳娜.智能语音识别系统在智能家居中的应用[J].科技资讯，2018，16（36）：40.
[4]徐海.基于语音识别的智能家居方案设计研究[D].杭州：浙江理工大学，2019.
[5]肖爱民.基于语音识别技术的智能家居控制系统的设计[D].南昌：南昌大学，2018.
[6]朱耘葶.一种语音识别的智能学习助手系统设计[J].电子测试，2019（16）：22-26.
[7]田海静，桑振群，刘洋.语音识别技术在军用话务台中的模拟应用[J].中国新通信，2019（13）：120.
[8]彭染姝，宋婕.基于Android的样地每木检尺结构化数据语音输入App的设计与实现[J].信息系统工程，2019（7）：20-23.
[9]米婧.英语语音优化识别建模仿真分析[J].信息技术，2019（6）：91-95.
[10]宋文林，刘斌.智能语音识别系统噪声鲁棒性研究[J].信息技术与标准化，2019（6）：40-42.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15280283.htm
