基于语音识别技术的“智慧”家居系统的应用研究

侯德彪 贾雪

摘 要：本文主要对基于语音识别技术的“智慧”家居系统做了初步研究，采用当前流行的智能语音助手配合ZigBee无线技术实现智能家居控制。

关键词：ZigBee；智能家居；物联网

1 绪论

随着居民的生活水平和消费能力不断提高，新需求的增长以及信息化对人们传统生活的改变，让许多人尤其是先富人群对智能家居的需求日益强烈。智能家居最初的发展主要以灯光遥控控制、电器远程控制和电动窗帘控制为主，依托于数字屏和各种终端设备[1]。随着行业的发展，智能控制的功能越來越多，控制的对象不断扩展，控制的联动场景要求更高，其不断延伸到家庭安防报警、门禁指纹控制等领域，可以说智能家居几乎可以涵盖所有传统的弱电行业，市场发展前景诱人。

2 系统方案

ZigBee具有低功耗、低成本、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全等优点，每个ZigBee模块之间可以相互通信[2]。本文所研究的系统主要采用ZigBee无线网络技术搭接无线数据传输平台。ZigBee技术是一种低成本、低复杂度、低功耗、高安全、近距离传输的双向无线通讯技术，具备扩展性强特点，能够嵌入各种家居设备，这是蓝牙、WIFI等所不能比的。

微软Cortana助手，它是微软发布的全球第一款个人智能助理，它“能够了解用户的喜好和习惯”，“帮助用户进行日程安排、问题回答等”，虽然对于语音识别方面小娜没有开源的API（Application Programming Interface，应用程序编程接口），但可以通过后台监控，关键字截取等方式实现语音识别，将智能语音助手应用于现实生活。

如果利用当前流行的智能语音助手配合ZigBee无线技术实现智能家居控制，在繁忙的一天中可以尽情享受智能家居带来的方便快捷生活。

3 系统组成及功能

“智慧”家居系统主要设备组成：系统主机、灯光、风扇、窗帘、空调[3]等。

“智慧”家居系统各组成部分可实现功能：

智能灯光：通过语音或者手机、电脑等终端或者可随时开关灯，并且能够精确识别所说的关键字，能够达到同时多点控制。

智能风扇：通过语音或者手机、电脑等终端可随时开关风扇。

智能窗帘：通过语音或者手机、电脑等终端控制电动机的正反转实现窗帘的开启和关闭，并且能够自动停止。

智能空调：通过语音或者手机、电脑等终端可随时开关空调同时亦可以调控温度，语音可识别所要求的温度从而自动调整，手机和电脑可通过人机界面设置。

4 系统设计内容

“智慧”家居系统主要分为三个部分。第一部分即硬件部分，通过单片机驱动I/O口实现点灯、关灯等一系列操作；第二部分即无线传输部分，将ZigBee烧录协调器和节点的代码，通过“广播”的形式将上位机发送的数据进行转发，转发的数据通过单片机的处理驱动各个功能模块；第三部分即客户端部分，客户端部分既可以采用语音，将麦克风连接至家庭的各个地方即可实现语音操作，同时电脑PC端亦可以实现相关功能。同时通过C#编写的人机界面，电脑串口与ZigBee节点进行信息交互，节点通过协调器进行数据广播，即可实现远程控制。将编写的软件发布至网页，绑定域名和IP地址，即可用手机、平板等设备通过互联网进行远程访问并控制。

4.1 上位机开发

第一部分通过C#编写串口通信软件，将接收数据写入接收文本，将命令文本发送至下位机。

第二部分通过python编写语义识别脚本，因为“小娜”会将不能识别的句子通过Egde搜索，所以python脚本的主要功能是通过获取浏览器的句柄，然后对句柄进行分析，将判断出的结果写入命令文本，同时读取接收文本文件进行判断。

第三部分，将上位机作为服务器，通过网页的方式控制电气，前台通过静态页面HTML与后台PHP脚本的结合，脚本根据静态页面传回数据进行分析，将分析结果写入命令文本。

4.2 下位机部分

系统以STC15F2K60S2作为终端控制器，通过15单片机与ZigBee CC2530节点的TXD RXD交叉连接，实现单片机之间的无线连接。以cc2530作为组网元件，各个终端之间通过广播方式发送数据，协调器协调节点之间的通信。单片机读取数据中的控制位，经过数据位的判断，识别相应的控制信息，从而做到单片机之间的无线数据传送与无线控制，通过IO口驱动外部负载。

通过上位机串口发送数据至ZigBee节点，协调器“广播”后，单片机将节点收到的数据处理后通过IO口驱动外部负载。

5 结束语

本系统优势在于具有广泛的可选择性和操作性，客户端类型多样，将智能语音助手带入现实生活给人耳目一新的感受与方便快捷的体验。

本项目将时下热门的语音识别结合智能家居创造出全新的不同于以往依托于手机电脑等终端的全新体系，以微软小娜（cortana）为例，利用智能语音助手采集用户的声音信息，实现家居的控制。例如，在一个繁忙的一天中，小娜能够智能提醒住户日程，播报新闻、天气等功能，当你腾不开双手触摸手机等终端设备时，你可以直接语音呼叫“嘿，小娜”，智慧家居系统既能够帮你自动开关任何通电设备，调节空调温度，并能反馈信息和交流，不同于仅仅“物”联“网”，更是赋予了家居“智慧”一样，帮你解决你需要的问题，这将是一种全新的感官和意识上的体验以及对现有的“智能”家居体系的优化和提升。

语音识别，让电脑听懂人的话，并做出正确反应，实现一个简单的非特定人、小词汇量、孤立词语音识别系统，使家居系统“智慧化”，更方便人们的使用。

参考文献

[1]刘文强.语音识别技术在智能家居中的研究与应用[J].武汉理工大学，2013（05）.

[2]禹琳琳.语音识别技术及应用综述[J].现代电子技术，2013（07）.

[3]马菁菁.Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用研究[J].武汉理工大学，2007（05）.

作者简介：侯德彪（1996-），男，学生，吉林建筑大学，电气与计算机学院，电子信息工程15级学生。

贾雪（1972-），女，高级实验师，硕士，主要从事建筑电气设备自动化等方向的教学。