基于語音識(shí)別技術(shù)的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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1、基于語音識(shí)別技術(shù)的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 基于語音辨認(rèn)技術(shù)的 智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要 21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們對物資文化的需求也愈來愈高。在信息科技的支持下，事物在朝著簡單化、便捷化、智能化的方向發(fā)展。在此背景下應(yīng)運(yùn)而生而生的智能家居，正是信息時(shí)期的典型產(chǎn)物。 　　 本文設(shè)計(jì)了1套基于語音辨認(rèn)技術(shù)的智能家居控制系統(tǒng)，能夠在客戶端輸入語音信號(hào)，完成對家居裝備的控制，使得家居裝備更加智能化。本文首先對語音辨認(rèn)的相干理論知識(shí)進(jìn)行了詳細(xì)的論述，利用麻省理工學(xué)院（Massachusetts Institute of Technology, MIT）語音服務(wù)器完成對語音信號(hào)的特點(diǎn)提

2、取和辨認(rèn)進(jìn)程，并且該服務(wù)器內(nèi)有自動(dòng)的高頻噪聲濾波器，避免聲音信號(hào)產(chǎn)生失真現(xiàn)象。其次Zigbee模塊完成了數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ埽軌蛟诰W(wǎng)絡(luò)拓?fù)漭^為穩(wěn)定的家居環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的傳輸，消耗的功率下降，本錢也較低。最后基于安卓手機(jī)到達(dá)控制家具的目的，在手機(jī)客戶端輸入語音信號(hào)以后，服務(wù)器將翻譯出來的語音信息傳遞給后臺(tái)，由手機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞給家居裝備，從而到達(dá)傳遞控制指令的目的。最后本文在測試階段對本文設(shè)計(jì)的基于語音辨認(rèn)技術(shù)的智能家居控制系統(tǒng)進(jìn)行了性能測試，測試結(jié)果良好，能夠到達(dá)預(yù)期的目標(biāo)。 　　 關(guān)鍵詞：智能家居；語音辨認(rèn)；控制系統(tǒng) Abstract With the rapid devel

3、opment of the economy in the 21st century, people＇s demand for material culture is also increasing. With the support of information technology, things are developing in the direction of simplification, convenience and intelligence. The smart home that emerged in this context is a typical product of

4、the information age. This paper designs a smart home control system based on speech recognition technology, which can input voice signals on the client and complete the control of home equipment, making the home equipment more intelligent. In this paper, the related theoretical knowledge of speech

5、recognition is elaborated in detail. The feature extraction and recognition process of speech signal is completed by MIT speech server, and there is an automatic high-frequency noise filter in the server to prevent distortion of the sound signal. Secondly, the Zigbee module completes the function of

6、 data transmission, and can realize data transmission in a home environment with stable network topology, which consumes less power and lower cost. Finally, based on the purpose of controlling the furniture by the Android mobile phone, after the mobile phone client inputs the voice signal, the serve

7、r transmits the translated voice information to the background, and the mobile phone transmits the mobile phone to the home device through the wireless network, thereby achieving the purpose of transmitting the control instruction. Finally, in the test phase, the performance of the smart home contro

8、l system based on speech recognition technology designed in this paper is tested. The test results are good and can achieve the expected goals. Key words: Smart Home; Speech Recognition; Control System 目 錄 1 緒 論 1 1.1 課題研究背景 1 1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.3研究內(nèi)容 2 2 相干理論基礎(chǔ) 3 2.1 語音辨認(rèn)理論 3 2.2 語音信號(hào)預(yù)處理

9、3 2.3 語音信號(hào)特點(diǎn)提取 4 2.4 模式匹配及辨認(rèn)算法 4 2.5本章小結(jié) 4 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 5 3.1 系統(tǒng)概述 5 3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析 5 3.2.1 語音控制模塊設(shè)計(jì) 5 3.2.2 數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì) 6 3.2.3 控制家居模塊設(shè)計(jì) 6 3.3本章小結(jié) 7 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 8 4.1 軟件開發(fā)平臺(tái)簡介 8 4.2 核心模塊軟件設(shè)計(jì) 9 4.3 本章小結(jié) 11 5 總結(jié)和展望 12 參考文獻(xiàn) 13 致 謝 14 1 緒 論 1.1 課題研究背景 進(jìn)入新世紀(jì)以后，我國各方面都獲得了較大的進(jìn)步，同時(shí)人們對物資的要求也愈來愈高。伴

10、隨著科技技術(shù)的更新?lián)Q代，生活中的事物在朝著智能化的方向發(fā)展，包括家居裝備。在這樣新興的時(shí)期背景下，傳統(tǒng)家居必定會(huì)走上智能化和科技化的道路[1]。傳統(tǒng)的家居裝備需要通過人工逐一進(jìn)行開啟或關(guān)閉工作，而現(xiàn)代家居裝備數(shù)量愈來愈多，種類也越加繁多，當(dāng)用戶回到家中時(shí)，勞累的身體還需要對這些家居裝備逐一進(jìn)行操作，加重了身體的負(fù)擔(dān)，傳統(tǒng)的模式已不能夠滿足人們的需求，在這樣的背景下，智能家居的產(chǎn)生很好的解決了這個(gè)問題[2]。 　　 智能家居設(shè)計(jì)的進(jìn)程中融會(huì)了多學(xué)科知識(shí)，包括自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議技術(shù)、硬件布線技術(shù)等，通過在電器裝備上安裝傳感器使電器裝備統(tǒng)1連接于網(wǎng)絡(luò)中，到達(dá)遠(yuǎn)程控制電器工作的目的

11、，減少了人力資源的消耗，同時(shí)節(jié)儉了資源，操作簡單[3]。 　　 1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 在智能家居設(shè)計(jì)中，核心部份是智能家居控制終端，經(jīng)過量年的發(fā)展，智能家居終端已發(fā)展出了不同的模式，主要為以下3種[4]： （1）通過鍵盤、液晶顯示屏（Liquid Crystal Display, LCD）對家用電器進(jìn)行控制：這類控制方式設(shè)計(jì)復(fù)雜，操作困難不容易上手，且智能在家庭內(nèi)部實(shí)現(xiàn)控制，不能完成遠(yuǎn)程控制； （2）通過電腦終端對家用電器進(jìn)行控制：這類控制方式雖然操作簡單，但是依然智能在家庭環(huán)境中進(jìn)行控制，不能完成遠(yuǎn)程控制； （3）通過手機(jī)移動(dòng)端對家用電器進(jìn)行控制：這類方式能夠很好地解決遠(yuǎn)程控制問

12、題，操作靈活，設(shè)計(jì)簡單，是當(dāng)下最流行的智能家居控制終端設(shè)計(jì)方案，也是未來智能家居發(fā)展的主要方向。 　　 近年來，Android操作系統(tǒng)由于其靈活性和簡單性在多種平臺(tái)上得到廣泛利用，智能手機(jī)、平板電腦等終端上常常出現(xiàn)Android操作系統(tǒng)的身影，并且在未來很長的1段時(shí)間內(nèi)，Android操作系統(tǒng)仍能在市場上占據(jù)重要的地位[5]。國內(nèi)外對家居裝備的研究也獲得了1定的成果，從初期的對單個(gè)電器裝備的控制，現(xiàn)如今已漸漸發(fā)展成了可以對多個(gè)電氣裝備的控制。本文充分利用Android操作系統(tǒng)的開放環(huán)境和包容特點(diǎn)，提出1種基于語音辨認(rèn)的Android平臺(tái)智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，兼具靈活性和簡便性,設(shè)計(jì)出來

13、的利用程序（Application, APP）具有以下特點(diǎn)[6]：（1）可配置性。可配置性指的是當(dāng)家中家居裝備產(chǎn)生變化，包括添加新的裝備和拋棄舊的家居裝備時(shí)，APP可由用戶自行手動(dòng)添加或刪除該裝備的信息，操作簡單，無需專業(yè)技術(shù)人員參與，簡單易上手。（2）用戶界面友好性。該項(xiàng)性能指的是在設(shè)計(jì)用戶界面時(shí)，以該家居裝備的圖片為背景，讓用戶能夠快速了解操作的對象，即便文化水平不高的用戶也能夠輕易明白如何操作，同時(shí)家居裝備對應(yīng)的圖標(biāo)還能夠手動(dòng)隨便移動(dòng)位置，讓界面設(shè)計(jì)更加靈活、方便。（3）可擴(kuò)大性?？蓴U(kuò)大性是利用了Android系統(tǒng)的開放性特點(diǎn)，APP設(shè)計(jì)完成后，開發(fā)人員可以隨時(shí)根據(jù)需要對APP進(jìn)行修

14、改和完善。 　　 另外，國內(nèi)外關(guān)于語音辨認(rèn)技術(shù)的研究也有了豐富的成果[7]。語音辨認(rèn)技術(shù)最早起源于上個(gè)世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)科研人員研發(fā)出來的動(dòng)態(tài)計(jì)劃算法（Dynamic Time Wrapping, DTW）加護(hù)就可以夠?qū)π∞o匯量的語音信號(hào)進(jìn)行精準(zhǔn)辨認(rèn)[8]。到了70年代，線性預(yù)測編碼（Linear Predictive Coding, LPC）技術(shù)的出現(xiàn)能夠有效解決特點(diǎn)函數(shù)的提取問題，解決了語音信號(hào)辨認(rèn)的關(guān)鍵問題[9]。80年代出現(xiàn)的隱式馬爾科夫算法（Hidden Markov Model, HMM）模型利于馬爾科夫原理使得語音辨認(rèn)模型搭建起來，進(jìn)1步拓展了語音辨認(rèn)的辭匯量，為后續(xù)研究奠定

15、了基礎(chǔ)?，F(xiàn)代科技結(jié)合先進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，又開發(fā)出了1系列智能語音系統(tǒng)，推動(dòng)了語音辨認(rèn)技術(shù)的進(jìn)步[10]。 　　 1.3研究內(nèi)容 本文的主要研究內(nèi)容以下: 第1章緒論介紹了本文的研究背景和研究意義，和關(guān)于智能家具的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。 　　 第2章就語音辨認(rèn)相干理論知識(shí)進(jìn)行了詳細(xì)論述。 　　 第3章是對本文的硬件設(shè)計(jì)。 　　 第4章是對本文的軟件設(shè)計(jì)，并且在本章展現(xiàn)了語音控制的效果，輸入語音后能夠正確的辨認(rèn)語音信息，對家居裝備進(jìn)行控制。 　　 最后是對全文的總結(jié)和展望。 　　 2 相干理論基礎(chǔ) 2.1 語音辨認(rèn)理論 語音辨認(rèn)指的是通過語音來控制某項(xiàng)事務(wù)完成某項(xiàng)功能

16、的行動(dòng)?，F(xiàn)代語音辨認(rèn)技術(shù)包括5個(gè)階段，如圖2⑴所示： 圖2⑴ 語音辨認(rèn)5個(gè)階段 在以上列出的5個(gè)語音辨認(rèn)進(jìn)程，其中最重要的是預(yù)處理階段和特點(diǎn)處理階段，在預(yù)處理階段需要對語音信號(hào)進(jìn)行濾波和采樣處理，增強(qiáng)語音功能。在特點(diǎn)處理階段需要提取出語音信號(hào)的特點(diǎn)點(diǎn)，辨認(rèn)人物信息。由于人的聲音信息中包括著不同的頻率特點(diǎn)，有些部份頻率低，有些部份頻率高，而頻率高的部份容易遭到噪聲的干擾，這就需要對聲音作濾波處理，選擇適合的稱函數(shù)對聲音信號(hào)的干擾進(jìn)行濾除。接下來將針對這兩個(gè)主要部份分別進(jìn)行論述。 　　 2.2 語音信號(hào)預(yù)處理 對語音信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理指的是通過濾波、采樣、量化等手段對原始的語音信號(hào)進(jìn)行加

17、工處理，濾波時(shí)1般是采取適合的濾波器進(jìn)行處理，1般情況下是采取帶通濾波器，避免信號(hào)產(chǎn)生混疊干擾。采樣進(jìn)程是對原始信號(hào)進(jìn)行離散處理，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，要讓采樣頻率大于信號(hào)最大頻率的兩倍才能使最后采取的結(jié)果不失真。采樣完成以后必須對語音信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換的目的是使得計(jì)算性能夠方便處理。由于在家居環(huán)境中，主人說話的聲音比較小，因此有時(shí)候會(huì)在軟件設(shè)計(jì)時(shí)加入語音增強(qiáng)模塊，避免由于噪聲過大而掩蓋了原始的真實(shí)語音信號(hào)。其次還需要對語音信號(hào)進(jìn)行預(yù)加重處理，這是由于當(dāng)語音信號(hào)的頻率超過800赫茲時(shí)，信號(hào)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的衰減，為了使得信號(hào)不失真，就必須對語音信號(hào)進(jìn)行預(yù)加重處理，使得信號(hào)在高頻率部份變得平坦

18、，便于后來的頻譜分析。由于語音信號(hào)會(huì)由于音調(diào)生澀等的不同而產(chǎn)生變化，因此是1個(gè)不安穩(wěn)的信號(hào)，為了解決這個(gè)問題，還需要對語音信號(hào)進(jìn)行加窗分幀，使信號(hào)盡可能保持安穩(wěn)的狀態(tài)，方便進(jìn)行頻譜分析。最后，由于1段語音信號(hào)常常包括著有用信號(hào)和無用信號(hào)，為了提升工作效力，及時(shí)有效的檢測到有用信號(hào)，這時(shí)候還需要對語音信號(hào)進(jìn)行端點(diǎn)檢測，應(yīng)用端點(diǎn)檢測的手段，將1些無聲信號(hào)或有噪聲的信號(hào)進(jìn)行濾除，提升語音辨認(rèn)效力。 　　 2.3 語音信號(hào)特點(diǎn)提取 語音信號(hào)的特點(diǎn)提取在語音辨認(rèn)技術(shù)中是1個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，通過對特點(diǎn)的提取能夠有效的辨認(rèn)人物信息。對大部份語音信號(hào)1般都處于低頻帶，但是仍舊有部份語音信號(hào)處于高頻帶，后者很容易

19、遭到噪聲的干擾，因此需要采取1定的手段對高頻信號(hào)進(jìn)行濾除，增加語音信號(hào)的抗噪能力。經(jīng)常使用的語音信號(hào)特點(diǎn)提取方法是梅爾頻率倒譜系數(shù)分析法，本文也將采取這類方法對語音信號(hào)進(jìn)行了特點(diǎn)提取。 　　 2.4 模式匹配及辨認(rèn)算法 語音辨認(rèn)的另外1個(gè)模塊是進(jìn)行模式匹配，模式匹配的目的是將人的語音信息和語言庫中的文字信息進(jìn)行匹配，從而將翻譯過來的文字信息傳入到主控芯片控制目標(biāo)完成某項(xiàng)功能。現(xiàn)代經(jīng)常使用的模式匹配方法是HMM算法，本人也將采取這類算法完成對語音信號(hào)的模式匹配和辨認(rèn)。 　　 2.5本章小結(jié) 本章主要介紹智能家居系統(tǒng)中語音辨認(rèn)的原理及進(jìn)程，語音辨認(rèn)首先要對語音信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，提取語音信

20、號(hào)特點(diǎn)，再根據(jù)模式匹配算法從語音庫中找到匹配的信息，從而完成對語音信號(hào)的轉(zhuǎn)化和命令的傳輸，本文的研究內(nèi)容為后文的研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 　　 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 系統(tǒng)概述 本文研究基于語音辨認(rèn)技術(shù)的智能家居控制系統(tǒng)，主要分為3個(gè)模塊，第1個(gè)模塊為語音模塊，第2個(gè)模塊為數(shù)據(jù)傳輸模塊，第3個(gè)模塊為控制家居模塊。 　　 語音部份主要分為兩個(gè)小模塊，首先需要進(jìn)行語音信號(hào)的輸入，其次要對語音信號(hào)進(jìn)行辨認(rèn)，信號(hào)輸入是系統(tǒng)正常運(yùn)行的條件，辨認(rèn)是系統(tǒng)發(fā)揮正?？刂乒δ艿臈l件。良好的語音辨認(rèn)技術(shù)需要完成兩大功能，首先，要讓計(jì)算機(jī)端建立較好的語音特點(diǎn)與指令匹配關(guān)系，其次，要使得輸入語音信號(hào)

21、能夠和訓(xùn)練過的語音信號(hào)找到匹配關(guān)系。前者需要搭建適合的聲音模型，后者需要采取適合的模式辨認(rèn)技術(shù)?；诒疚牡男枨?，決定在手機(jī)上選擇基于MIT語音內(nèi)核進(jìn)行開發(fā)，完成對語音信號(hào)的辨認(rèn)。 　　 數(shù)據(jù)傳輸模塊，由于本文的利用環(huán)境是在家居上，也就是室內(nèi)環(huán)境，因此選擇Zigbee架構(gòu)完成數(shù)據(jù)傳輸。室內(nèi)家居1般不會(huì)輕易移動(dòng)，因此家居環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，而Zigbee技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸具有低功耗、低本錢的特點(diǎn)，適用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境穩(wěn)定的系統(tǒng)，因此本文將選擇Zigbee技術(shù)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂葡到y(tǒng)。 　　 控制家居模塊本文主要是通過Android平臺(tái)建立網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來完成對家居裝備的控制，家庭中還安裝了1臺(tái)控制

22、器來下發(fā)手機(jī)端傳來的控制指令，具體工作模式見圖3⑴所示： 圖3⑴ 控制模塊方案整體框架 3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析 3.2.1 語音控制模塊設(shè)計(jì) 首先需要明確本文語音模塊完成的功能，即需要在手機(jī)客戶端準(zhǔn)確辨認(rèn)出語音指令，完成對家居裝備的控制?；诖?，本文設(shè)計(jì)采取MIT語音辨認(rèn)服務(wù)器完成這項(xiàng)功能，這個(gè)服務(wù)器能很好的辨認(rèn)中文語音信號(hào)。在收集完語音信號(hào)以后，該服務(wù)器需要對語音信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，提取特點(diǎn)信息，建立語音模型。相較于其他語音服務(wù)器，MIT具有較高的辨認(rèn)準(zhǔn)確率，是由美國麻省理工學(xué)院的研發(fā)部門開發(fā)出來的，能夠?qū)τ⒄Z、漢語和日語3種語音進(jìn)行辨認(rèn)。 　　 在設(shè)計(jì)之前，需要了解MIT語音信

23、號(hào)的底層結(jié)構(gòu)。MIT語音處理器在辨認(rèn)語音信號(hào)時(shí)可以分為3個(gè)層次，分別是音節(jié)、辭匯和語義。由于MIT語音處理器幾近涵蓋了所有的中文音節(jié)信息，因此當(dāng)人類在發(fā)出基本的音節(jié)乃至連詞變音時(shí)都能夠精準(zhǔn)的辨認(rèn)，辨認(rèn)以后根據(jù)特定的算法翻譯成辭匯輸入到系統(tǒng)后臺(tái)中。接著下1步就是對辭匯的辨認(rèn)，在MIT的后臺(tái)服務(wù)器中的“*.jsgf”文件會(huì)自動(dòng)辨認(rèn)辭匯含義，對辭匯進(jìn)行解析。解析完成以后，就會(huì)將解析得到的計(jì)算機(jī)語言傳遞到后臺(tái)由手機(jī)下達(dá)指令。 　　 3.2.2 數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì) 斟酌到本文的設(shè)計(jì)環(huán)境中家居裝備可以會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)，因此網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系可能有所變化，因此本文選擇AODV路由算法實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境中的傳感器網(wǎng)絡(luò)搭建。

24、該路由協(xié)議的特點(diǎn)是1是1辦，當(dāng)路由建立完成以后，只要居家裝備不產(chǎn)生移動(dòng)，后續(xù)的指令轉(zhuǎn)達(dá)路徑便會(huì)依照本來的路由進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。而如果當(dāng)家居裝備移動(dòng)或產(chǎn)生斷電情況后，那末網(wǎng)絡(luò)內(nèi)就會(huì)重新建立起路由，時(shí)刻保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)臅惩ā? 　　 3.2.3 控制家居模塊設(shè)計(jì) 如圖3⑴ （a）所示，在本文的設(shè)計(jì)方案中，手機(jī)客戶端能夠與家居裝備控制器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，而家居裝備控制器能夠與每個(gè)家居裝備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。在同1個(gè)家庭無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，手機(jī)客戶端控制家居裝備首先是將控制指令轉(zhuǎn)達(dá)給家居裝備控制器，控制器的信號(hào)接收裝置在收到信息后對其進(jìn)行解析，再將此命令向下轉(zhuǎn)達(dá)給家居裝備，終究完成用戶想要實(shí)現(xiàn)的操作指令。如圖3⑴（

25、b）所示，該種設(shè)計(jì)方案是基于手機(jī)客戶端與控制器之間的網(wǎng)絡(luò)為3G網(wǎng)絡(luò)搭建的，家居裝備控制器與每個(gè)家居裝備之間仍舊是以無線網(wǎng)絡(luò)連接。在控制器上有安裝1個(gè)3G上網(wǎng)卡，手機(jī)客戶端控制家居裝備首先是通過3G網(wǎng)絡(luò)將控制指令轉(zhuǎn)達(dá)給家居裝備控制器，控制器的信號(hào)接收裝置在收到信息后對其進(jìn)行解析，再將此命令向下轉(zhuǎn)達(dá)給家居裝備，終究完成用戶想要實(shí)現(xiàn)的操作指令，這類方式1般用于遠(yuǎn)程控制。同時(shí)，本設(shè)計(jì)的方案能夠?qū)崿F(xiàn)的功能包括控制燈亮滅等等。用戶在控制家居裝備前，首先需要進(jìn)行注冊登記，將登記信息通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)達(dá)到服務(wù)器。當(dāng)家中裝備檢測環(huán)境異常時(shí)，比如出現(xiàn)火災(zāi)跡象，傳感器就會(huì)將收集到的報(bào)警信息傳遞到控制器端，再通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送得手

26、機(jī)客戶端，在服務(wù)器端也會(huì)對報(bào)警信息進(jìn)行記錄。 　　 3.3本章小結(jié) 本章主要介紹系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部份，首先對系統(tǒng)的整體硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述，接著對各個(gè)子模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)，子模塊主要包括語音控制模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和控制家居模塊，語音控制模塊是系統(tǒng)的核心，是處理系統(tǒng)輸入信號(hào)的重要組成部份，數(shù)據(jù)傳輸模塊是中間模塊，連接著輸入信號(hào)端和家居控制端，家居控制模塊是展現(xiàn)系統(tǒng)性能的重要部份。 　　 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1 軟件開發(fā)平臺(tái)簡介 本文觸及的模塊較多，需要在手機(jī)客戶端搭建MIT語音服務(wù)器，同時(shí)需要PC端完成對Zigbee模塊數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)置和初始化，PC端需要編寫C語言指令對Zig

27、bee模塊的操作本文只介紹C語言軟件開發(fā)平臺(tái)的使用。 　　 C語言如今已發(fā)展成了現(xiàn)今世界的主流語言，在平常生活中得到了廣泛利用。相較于之前的幾種編程語言，C語言最大的優(yōu)勢在于它不但合適利用軟件語言的編寫，也合適系統(tǒng)軟件語言的編寫，因此才能發(fā)展成為如今巨大的范圍，這些都與其本身的特點(diǎn)離不開，因此本文選用C語言作為我們的編程語言。 　　 整體來講，C語言具有以下特點(diǎn)：（1）語言簡單明了但結(jié)構(gòu)緊湊。C語言對新手而言是1門很容易上手的語言，快者幾天就可以掌握這門語言的奧秘，其次，它的結(jié)構(gòu)是緊湊的，各部份連接緊密。（2）C語言綜合了高級語言和低級語言的優(yōu)點(diǎn)。在適用范圍上也就比1般的語言要廣。

28、 　?。?）C語言對人類友好。C語言相對匯編語言來講更加容易理解，可以說匯編語言是對計(jì)算機(jī)友好的，而C語言則是對人類友好的。（4）C語言的語法要求不高。對這1點(diǎn)，也就大大下降了人們學(xué)習(xí)C語言的門坎，因此廣受人們青睞。 　　 本文設(shè)計(jì)的軟件流程如圖4⑴所示： 圖4⑴ 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖 4.2 核心模塊軟件設(shè)計(jì) 本文的智能終端模塊也就是控制家具模塊主要是由手機(jī)端完成，并在手機(jī)端安裝好語音控制軟件，由于1個(gè)家庭環(huán)境中常常包括多個(gè)家居裝備，因此手機(jī)端需要控制多個(gè)節(jié)點(diǎn)。為了解決這個(gè)問題，首先將數(shù)據(jù)包傳遞給家居環(huán)境中的主控中心，控制中心將數(shù)據(jù)標(biāo)分解以后，再根據(jù)指令傳遞給特定的家居裝備，從而

29、完成對家居裝備的控制。在這個(gè)數(shù)據(jù)包中包括3個(gè)內(nèi)容，首先是節(jié)點(diǎn)地址，其次是家電類型，最后是需要轉(zhuǎn)達(dá)的控制命令。這里的家電類型其中就包括了家居環(huán)境中所有的家居裝備，如電視機(jī)空調(diào)等。而控制命令就是手機(jī)客戶端翻譯出來的語音信息。 　　 首先用戶在對家居裝備轉(zhuǎn)達(dá)控制命令之前，需要在手機(jī)客戶端上進(jìn)行注冊和登錄，只有注冊過的用戶才有資歷對家居裝備進(jìn)行控制。本文設(shè)計(jì)的用戶注冊和登錄界面見圖所示： 圖4⑵ 系統(tǒng)注冊和登錄界面 注冊模塊的設(shè)計(jì)軟件流程圖以下圖所示： 圖4⑶ 注冊模塊設(shè)計(jì) 如圖4⑶所示，在本文設(shè)計(jì)的注冊模塊中，主要包括3個(gè)步驟，分別是：（1）首先客戶必須輸入自己的手機(jī)號(hào)碼，輸入手

30、機(jī)號(hào)碼以后，后臺(tái)會(huì)對手機(jī)號(hào)碼的格式進(jìn)行檢測，如果格式不正確，則需要重新輸入手機(jī)號(hào)碼，格式正確則進(jìn)入下1步驟；（2）手機(jī)號(hào)碼格式正確以后，服務(wù)器端會(huì)產(chǎn)生1個(gè)驗(yàn)證碼，然后服務(wù)器會(huì)將此驗(yàn)證碼發(fā)送得手機(jī)客戶端；（3）用戶在手機(jī)客戶端接收到驗(yàn)證碼以后，就能夠設(shè)置密碼，此密碼會(huì)發(fā)送到服務(wù)器端，在服務(wù)器端進(jìn)行保存，同時(shí)用戶注冊成功，如果該手機(jī)號(hào)碼之前注冊過，手機(jī)界面會(huì)顯示“該號(hào)碼已注冊”。 　　 手機(jī)用戶在通過上1步驟的注冊進(jìn)程以后，手機(jī)界面會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到登錄界面，重新輸入上述注冊過的賬號(hào)和密碼就能夠登錄。用戶在進(jìn)行手機(jī)登錄時(shí)，后臺(tái)人就對手機(jī)格式進(jìn)行檢驗(yàn)，如果手機(jī)格式毛病則不能登錄到控制界面，手機(jī)格式正確

31、和密碼正確則能夠進(jìn)入主界面。 　　 本文設(shè)計(jì)的界面控制模塊指的是手機(jī)客戶真?zhèn)€主界面，主要是擺設(shè)家庭房間信息表，對家庭中的電器進(jìn)行了分類，是為了方便進(jìn)行管理，同時(shí)以圖片和文字的情勢進(jìn)行展現(xiàn)，能夠同時(shí)滿足不同層次文化人群的需求。設(shè)計(jì)時(shí)用1個(gè)Layout進(jìn)行布局，具體見圖4⑷所示： 圖4⑷ 界面控制模塊設(shè)計(jì) 在房間列表信息中，目前添加了4個(gè)區(qū)域的信息，分別是臥室，客廳，廚房，還有浴室，這幾個(gè)房間基本包括了大部份家庭中得房間信息。每一個(gè)房間里都包括不同家居裝備的信息，點(diǎn)擊圖標(biāo)便可看到該房間內(nèi)的家居裝備信息，單擊這些家居裝備的圖標(biāo)即可以實(shí)現(xiàn)對這些家居裝備的控制。如若想在房間內(nèi)添加或刪除家居裝

32、備，通過主界面的設(shè)置按鈕操作便可。如圖4⑸所示是點(diǎn)擊客廳房間和廚房房間后展現(xiàn)的家居裝備信息。 　　 圖4⑸ 房間內(nèi)家居裝備信息列表 點(diǎn)擊具體的家電裝備圖標(biāo)后，便進(jìn)入到該家電裝備的控制界面，在該界面中可以清楚的看到該房間內(nèi)所有的家具裝備，如在客廳中就安置了電視機(jī)，空調(diào)等。點(diǎn)擊某1個(gè)家居裝備的圖標(biāo)就能夠?qū)译娺M(jìn)行控制，控制的方式采取語音控制，控制界面見下圖所示： 圖4⑹ 語音控制界面 如圖4⑹所示，進(jìn)入空調(diào)語音控制界面以后，操作人員說出“開機(jī)”以后，顯示空調(diào)開機(jī)成功，一樣說出“制冷”、“制熱”等辭匯，都能夠正確對空調(diào)裝備進(jìn)行操控，語音辨認(rèn)的效果良好。 　　 4.3 本章小結(jié)

33、 本章主要介紹系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，首先論述了系統(tǒng)的軟件開發(fā)平臺(tái)，接著本章主要論述的是系統(tǒng)核心模塊也就是語音控制模塊的軟件設(shè)計(jì)，在手機(jī)客戶端完成語音信號(hào)的輸入，還包括界面的設(shè)計(jì)，論述了相干模塊的設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)思想。 　　 5 總結(jié)和展望 本文設(shè)計(jì)了1套基于語音辨認(rèn)技術(shù)的智能家居控制系統(tǒng)，能夠在客戶端輸入語音信號(hào)，完成對家居裝備的控制，使得家居裝備更加智能化。本文首先對語音辨認(rèn)的相干理論知識(shí)進(jìn)行了詳細(xì)的論述，利用MIT語音服務(wù)器完成對語音信號(hào)的特點(diǎn)提取和辨認(rèn)進(jìn)程，并且該服務(wù)器內(nèi)有自動(dòng)的高頻噪聲濾波器，避免聲音信號(hào)產(chǎn)生失真現(xiàn)象。其次Zigbee模塊完成了數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ埽軌蛟诰W(wǎng)絡(luò)拓?fù)漭^為穩(wěn)定的

34、家居環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的傳輸，消耗的功率下降，本錢也較低。最后基于安卓手機(jī)到達(dá)控制家具的目的，在手機(jī)客戶端輸入語音信號(hào)以后，服務(wù)器將翻譯出來的語音信息傳遞給后臺(tái)，由手機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞給家居裝備，從而到達(dá)傳遞控制指令的目的。最后本文在測試階段對本文設(shè)計(jì)的基于語音辨認(rèn)技術(shù)的智能家居控制系統(tǒng)進(jìn)行了性能測試，測試結(jié)果良好，能夠到達(dá)預(yù)期的目標(biāo)。 　　 由于時(shí)間和實(shí)驗(yàn)條件的限制，本文的研究還存在著很多不足的地方需要改進(jìn)。首先本文研究的基于語音辨認(rèn)技術(shù)并沒有對特定人群的聲音信號(hào)進(jìn)行辨認(rèn)，從而沒法到達(dá)辨認(rèn)人身份的特點(diǎn)；另外本文在收集聲音樣本進(jìn)程中數(shù)量較少，因此與真實(shí)的情況有較大的偏差，需要反復(fù)的收集真實(shí)聲

35、音訓(xùn)練語音庫，才能讓本文的設(shè)計(jì)更加完善。其次本文的利用環(huán)境是在家居網(wǎng)絡(luò)中，但是隨著人們生活水平的提高，家居網(wǎng)絡(luò)已不再能夠滿足人們的需求，因此本文未來研究的方向還需要朝著遠(yuǎn)程控制的方向努力。最后本文所研究的系統(tǒng)沒有對安全方面進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，隨著人們的安全意識(shí)愈來愈強(qiáng)烈，需要在系統(tǒng)中加入1定的安全報(bào)警系統(tǒng)才足夠完善，這也是本文未來研究努力的方向。 　　 參考文獻(xiàn) [1] ?？?張珣.智能家居語音辨認(rèn)通用語音AI云平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2019,9(02):68⑺0+74. [2] 凌賢鵬,李綻蕾,劉昊,張釤釤,俞蕓蕓.基于智能語音的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),20

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