智家居语音控制系统
Intelligent home voice control system
摘
年着信息技术发展智产品快速发展深入生活方方面面智产品赖程度越越高时居家模式正传统模式智家居模式转变智家居家房屋台该系统台进行动化设计互联网统理家电进行控制智家居方案设计非常标准时拓展性强安全性高现智家居系统造价昂贵难全面推广
文针智家居系统功需求足设计满足众需求低成高性智家居系统系统采价格成低廉时性非常强树莓派3B+作智家居语音控制系统控制中心 Arduino作位机通麦克风输入然语言控制家居中家电开关控制实现智家居安防需求树莓派通识语言进行机交互GPIO口连接体红外感应传感器定时采集体红外模块数进行反馈警报拍Arduino作位机连接温度湿度模块MQ2烟雾感应模块实时采集方面数数显示OLED屏幕达定数值动报警该系统造价低廉功完善机交互功良实现家电开关语音控制时提供监测安防等智家居必功测试结果表明系统够准确实现述功性良具定市场应价值
关键词: 树莓派 机交互 语音识 安防
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Abstract
In recent years with the development of information technology smart products have developed rapidly and penetrated into all aspects of people's lives People have become more and more dependent on smart products at the same time people's home model is also changing from traditional model to smart The transformation of the home model Smart homes are mainly based on their homes as a platform which can be used for automatic design and unified network management on this system platform they can also control home appliances The smart home design is very standard and has strong expandability and high security However today's smart home systems are expensive to manufacture and difficult to fully promote
So thatthis article designs lowcost highreliability smart home systems that meet the needs of the public in response to the functional needs and deficiencies of smart home systems This system uses the Raspberry Pi 3B + with low cost and high performance as the control center of the smart home voice control system and the Arduino as the lower computer through the microphone input natural language to control the switch control of home appliances in the home and realize the security needs of smart home The Raspberry Pi can realize humancomputer interaction by recognizing the language The GPIO port is connected to the infrared sensor of the human body and regularly collects human infrared module data for feedback and alarm photography Arduino as the lower computer is connected to the temperature and humidity module and the MQ2 smoke sensor module to collect all aspects of data in real time and the data is displayed on the OLED screen When a certain value is reached it will automatically alarm The system has low cost perfect functions and good humancomputer interaction functions It realizes the voice control of home appliance switches and provides the necessary functions of smart homes such as monitoring and security The test results show that the system can accurately realize the above functions and the performance is good which has certain market application value
Key Words Raspberry PI Interactive Speech Recognition Security
目 录
第章 绪 1
11 选题背景意义 1
12 国国外发展状况 2
121国外智家居发展现状 2
122国智家居发展现状 2
13 研究容章节安排 2
14 章结 3
第二章 系统方案 4
21智家居系统整体框架图 4
22 构建智家居系统解决方案选 5
23 单片机解决方案选 5
24 树莓派解决方案选 6
25 温度传感器解决方案选 6
26 LCD显示屏幕解决方案选 7
27 章结 7
第三章 系统设计 8
31树莓派系统搭建 8
311 准备工作 8
312 配置必软件 8
32单片机系统设计 8
321 温度气体警报模块 8
322 门禁模块 10
323 Raspberry Pi GPIO端口设计 10
324 树莓派安全防护模块设计 10
33 章结 11
第四章 软件设计方案 12
41 软件系统程序设计思路 12
42 软件系统框架图 12
43 语音控制程序设计 13
44 章结 13
第五章 系统测试方案 14
51 硬件模块测试 14
52 软件系统调试 14
53 测试条件 14
54 测试结果分析 14
55 章结 20
第六章 结 21
参 考 文 献 22
致 谢 23
第章 绪
年国家国力越越强渐渐发展中国家慢慢渡发达国家百姓生活水越越高现生活种工智科技包围仅外面接触种电子设备技术连生活居环境受方方面面影响智家居词提次数越越极方便生活时改变生活智家居指住基础融入种建筑布线技术科技家居生活相关方法相集合创造更加卓效兼具低碳生活环境智家居通互联网家中种设备连接起家里设备进行智监控掌握智化家居住宅台提高家庭安全保卫系统帮助家居设备实现动化连接家庭智设备通讯功
中智家居控制系统中作重组成元素语音识系统声音着振幅频率响度声音样说话惯说话方式样然语言识系统控制家电作非常考虑然语言识准确率时智家居控制技术结合互联网手机电脑等终端结合起家居控制系统更加体化智语音控制系统发挥作处般:语音识家电控制安防监控机交互智家居系统生活变更加便捷
11 选题背景意义
生活种工智科技包围工智发展促进生活娱乐性便捷性舒适性极提高特年社会受消费者喜爱智家居技术智家居系统具众途实际意中包括:(1)控制家电开关(2)家居防盗安全(3)室安全记录(4)工陪伴交互等智家居系统结合热门物联网技术云端储存技术云端线识语音等家居系统进行智控制理智慧家庭系统出现生活变更加智智家居生活断增长需求动化智化成种趋势
根毕业设计项目需求文树莓派核心基础设计套智家居语音控制系统该项目实现安防监测控制等必智家居功然语言控制家电开关该系统置机器进行语音聊天等功
12 国国外发展状况
121国外智家居发展现状
国外智家居智慧家庭已济发达区实施新加坡例早1998年新加坡举办场专门讨智家居展览展示智家居系统现技术智家居功:防盗报警功中央监视功视频通信功家电器监控功家庭智控制面板功家庭通知功
美国40000家庭建立样系统家庭相信久会更家庭拥样智家居年三星中国韩国启动智家居研究开发家庭动化控制系统四组成部分信息设备智明控制娱乐信息中心[1]
122国智家居发展现状
中国智家居生活空间正通高效传输网络成熟4C技术普通居民区转变该服务系统智居住空间理系统构成快速高效便捷智化理系统智家居信息处理台包括机顶盒技术智网关技术具独立知识产权家软件产品组合信息台服务台(选择智家居访问Internet模式)智家居繁杂巨体系系统建立完整生产链仅需技术支持需时间智家居蓬勃发展推动中国社会生活水提高智家居提供更加轻松舒适生活方式长远没智家居系统家庭肯定法未建立联系考虑中国智家居发展现状中国智家居发展处初期阶段智建筑领域然存许缺点智家居未发展中方便安全温馨会智家居发展方中安全问题重视生活中占重值越越高安全会成社会团体关注关键问题
笔者认未智家居发展中需环境安全性便利性融入智家居发展中展现智家居文特色提高社会群体样化生活需求满意度智家居发展首务需中国新领域中应化智家居价值作需种新领域中运例5G通信技术样运未智家居场景中促进智家居开发样性扩展智家居场景促进智家居长期发展中发挥定作
13 研究容章节安排
次研究课题容:智家居语音控制系统
文研究方面做概括:
(1)分析前智家居系统背景发展趋势出智语音控制系需具备功技术
(2)简说明项目元器件选材
(3)简概括智家居语音控制原理核心思考硬件系统软件系统功实现
(4)介绍该系统选材工作原理实现程时该系统测试结果进行分析减少相误差
根项目制作研究篇文致分6章:
第1章 叙述智家居国国外背景简意义总结
第2章 叙述系统方案构建单片机元器件证
第3章 详细说明单片机系统方案设计
第4章 详细说明树莓派软件系统设计实现程
第5章 项目进行测试贴出运行效果图
第6章 出该作品结
14 章结
章介绍国智语音识技术研究时代情况概阐述智家居研究领域发展情况章末尾粗略介绍次课题结构安排
第二章 系统方案
系统树莓派语音识基础结合单片机Arduino控制传感器实现辅助理台功服务器语音识交互实时返回请求数传递户命令执行相关功面画出系统框架图分证模块选择
21智家居系统整体框架图
电源模块
电源供电
语音识
安防监测
控制电器
数处理
数传输
数传输
显示屏
麦克风
摄头
音箱
体红外感应模块
LED灯
控板树莓派
数传输
数传输
MQ2模块
DTH11 模块
蜂鸣器
OLED显示屏
单片机Arduino
图21 智家居系统整体框图
22 构建智家居系统解决方案选
解决方案1:面包板布局创建简单单片机系统面包板安装单片机系统时轻松调试硬件模块更改硬件易构建面包板布局系统需采较杜邦线杜邦线会显系统杂乱容易掉线相互接触干扰引起模块间电路短路安全容易发生危险该系统性低外观精美适合该系统
解决方案2:制MCU PCB
块制印刷电路板独立开发电路板电路布线然交专业公司制造印刷电路板电路干净整洁程花费时间外电路设置花费更长时间耽误整体进度总体实现复杂适合接受方案
解决方案3:单片机系统单片机系统品牌厂家已设计电路图非常专业设计模块减少外围微电路设计包含需功时减少该项目系统设计复杂性外观更加巧占面积购买花费时间成少非常适合该系统设计
基三种方案选择解决方案3简单方便该项目采专业厂家设计单片机作系统
23 单片机解决方案选
解决方案1:选五芯片单片机作系统价格低廉控制简单该单片机实现快速反应准确控制编写该单片机程序需考虑时钟频率限制代码属较底层编写程序程中较麻烦增加系统稳定型适合社会发展潮流种解决方案合适
解决方案2:STM8系列微控制器该单片机价格低廉读取数速度擦数速度非常快程序运行速度快控制精准数保存性完非常稳定价格便宜资源稀缺I O端口足适合该项目
解决方案3:Arduino属开源硬件产品该单片机价格低廉程中具非常方便开源代码学资料非常适合初学者时该产品拥众学资源开放性坛更加方便该项目开发拓展项目Arduino单片机够直接通IO端口进行串行通信仅拥非常接口时端口时支持数字信号传输模拟信号传输通外接种传感器感应环境控制警示灯开关蜂鸣器频率设备获反馈环境影响没针单片机复杂低级代码具简单实功具非常简单IDE编程环境该编译环境适合初学者编译开发非常容易手该单片机运行速度快控制精准系统非常稳定
基三种方案选择解决方案3具更开发性拓展性稳定性系统选择第3解决方案Arduino作控制器
24 树莓派解决方案选
Raspberry Pi基微型计算机板配SD卡作硬盘驱动器卡母板周围4USB端口连接键盘鼠标等USB设备配备网络电缆独立端口网络拨号功更加稳定拥HDMI模拟信号输出端口声音输出端口直接连接电视者显示屏带独立声卡Raspberry Pi支持Python作编程语言Python编程语言年热度较高编程语言该语言相传统C语言具简洁性高方便编译阅读读性强时树莓派支持JavaC等常编程语言等
解决方案1:Raspberry Pi第二代B型Raspberry Pi第二代B型BCM2836芯片具9000 MHz四核处理器1GB运行存特点价格较便宜该型号树莓派26IO端口没蓝牙WIFI功项目非常方便
解决方案2:Raspberry Pi第三代B +型Raspberry Pi第三代B +型新代芯片处理器更新14 GHz四核处理器代树莓派增加蓝牙线局域网功该版树莓派运行速度更快性更加强该树莓派拥40IO端口增加蓝牙WIFI功项目十分适合
基两种方案相较言选择解决方案2更加适合项目树莓派解决方案选选择方案2采Raspberry Pi第三代B +型作核心
25 温度传感器解决方案选
解决方案1:项目DS18B20温度传感器模块该传感器实验发现误差较反应灵敏工作温度55摄氏度125摄氏度没湿度检测功适合项目
解决方案2:采DTH11温湿度传感器模块实验发现误差该传感器拥温度湿度检测功DTH11工作温度0度50度符合厨房实际温度够方便时检测温度湿度变化
通较解决方案2更加适合项目项目采解决方案2作温度湿度监测传感器模块
26 LCD显示屏幕解决方案选
解决方案1:LCD12864屏幕LCD12864屏幕显示单片机结合显示图文字构成图文字机交互显示画面该屏幕价格便宜该屏幕接线端口较适合项目
解决方案2:096英寸OLED屏幕 OLED屏幕利电流控制显示屏显示发光亮度强弱电流越屏幕越亮反越暗屏幕采发光技术刺眼睛巧外观精美时该显示屏四接线口接线方便简单非常适合项目
通较解决方案2更加适合项目选方案2采096寸OLED显示屏12864作项目显示器
27 章结
章阐述单片机树莓派型号元器件辩证选择通选择出优适合项目方案
第三章 系统设计
31 树莓派系统搭建
311 准备工作
首先电脑中登录树莓派官网载树莓派系统镜然读卡器系统通系统安装软件写入sd卡中步进行安装需库文件配置树莓派系统环境需root权限树莓派派root账号身没默认开启需进行配置root权限树莓派开机 pi进行账号登陆树莓派系统中默认密码raspberry安装系统密码进行修改 开命令提示符然命令终端键盘输入sudo passed root输入回车键运行该命令解锁树莓派系统中root帐户运行命令树莓派系统命令终端会输入密码密码完成输入输入sudo i便登录树莓派系统root帐户
312 配置必软件
完成基账户设置需树莓派系统中安装基编译器通命令终端进行载通官网载解压包进行安装通系统中config完成SSH树莓派外接摄头麦克风配置输入sudo aptget install mplayer配置mp3播放器输入sudo aptget install python安装python编译程序软件安装输入sudo pip install rpigpio安装gpio库输入sudo pip install jieba安装jieba库
32 单片机系统设计
321 温度气体警报模块
(1)程序目:通单片机Arduino读取DTH11温度传感器模块数MQ2害气体传感器数显示OLED屏幕方便实时查温度者害气体电压值超规定阀值单片机会害气体浓度温度高低响起蜂鸣器警报警报灯闪烁蜂鸣器警报警报灯闪烁会根温度高低浓度发出警报声音警报灯闪烁信号温度者害气体电压值降低规定阀值警报会解
(2)程序思路:读取DTH11温湿度传感器中数读取二进制数转化位数三位十进制数字(温度)显示屏显示
读取MQ2害气体传感器数(mainc中)害气体传感器电压隔1秒读取次电压值数值温度显示OLED实时监控周围环境害气体否达设定值达规定数值时发送信号Arduino温度湿度者害气体电压值达定阀值时响起蜂鸣器警报警报灯闪烁核心代码图示:
检测温度:
double Fahrenheit(double celsius)
{
return 18 * celsius + 32
} 摄氏温度度转化华氏温度
double Kelvin(double celsius)
{
return celsius + 27315
} 摄氏温度转化开氏温度
double dewPoint(double celsius double humidity)
{
double A0 37315(27315 + celsius)
double SUM 790298 * (A01)
SUM + 502808 * log10(A0)
SUM + 13816e7 * (pow(10 (11344*(11A0)))1)
SUM + 81328e3 * (pow(10(349149*(A01)))1)
SUM + log10(1013246)
double VP pow(10 SUM3) * humidity
double T log(VP061078) temp var
return (24188 * T) (17558T)
}
double dewPointFast(double celsius double humidity)
{
double a 17271
double b 2377
double temp (a * celsius) (b + celsius) + log(humidity100)
double Td (b * temp) (a temp)
return Td
}
检测害气体:
void loop()
{
int val
valanalogRead(0)
Serialprintln(valDEC)
delay(100)
}
322 门禁模块
程序目思路:通麦克风录取者然语言数传百度云语音识语音控制命令时树莓派会开门摄头动拍摄张片动发送指定邮箱中核心代码示:
def send_email()
ossystem('fswebcam imagejpg')
receiver 854523198@qqcom
sender 708892800@qqcom
pwd xriunisytmjlbcee
msg MIMEMultipart()
msg[Subject] Open Door
msg[From] sender
msg[To] receiver
part MIMEText(Please check the surveillancen picture)
msgattach(part)
part MIMEApplication(open('homepidemoimagejpg' 'rb')read())
partadd_header('ContentDisposition' 'attachment' filenameimagejpg)
msgattach(part)
323 Raspberry Pi GPIO端口设计
设计Raspberry Pi GPIO端口单独GPIO功端口通信Raspberry Pi通GPIO口控制电灯饮水机等开关时保留GPIO口风扇连接未接入继电器实现智家居实际需求
324 树莓派安全防护模块设计
通Raspberry Pi GPIO端口第40号端口连接体红外感应模块语音开启红外监控系统时阳台时候树莓派会接收信号动语音报警动开启摄头进行拍片立传指定邮箱确保家庭安全体红外模块设定5秒更新次极降低树莓派功耗想关闭监控系统时语音键关闭系统核心代码示:
import RPiGPIO as GPIO
import time
import os
def Check()
GPIOsetwarnings(False)
GPIOsetmode(GPIOBOARD)
GPIOsetup(40 GPIOINpull_up_downGPIOPUD_DOWN)
while True
if GPIOinput(40) True
print(yes)
ossystem(mplayer homepidemohongwaimp3)
else
print(no)
GPIOcleanup(40)
33 章结
章节说明智家居语音识控制研究设计树莓派作核心前期准备配置单片机设计思路目原理概阐述项目设计核心
第四章 软件设计方案
软件系统 Raspberry Pi核心控制摄头喇叭显示屏麦克风作机交互设备图灵机器百度语音量台作机交互基础作服务器Raspberry Pi百度语音识台进行识然语言通图灵机器台进行简单交互置智家居控件进行语音交互 Raspberry Pi操作系统实时运行良高度稳定持续执行数传输云台通信启动程序钮规定时间记录户然语言通线网络发送云台台处理数数传输Raspberry Pi系统中Raspberry Pi系统结合RpiGPIO模块控制该模块开关数收集方法配置动模式接收发送数模式种阻塞设计 Raspberry Pi完全控制数发送接收提高性
41 软件系统程序设计思路
利Raspberry Pi单片机结合远程调百度语音图灵机器项目具控制室家电智监测室外安防包括室外动判警示远程报警功时拥语音聊天交互功
42 软件系统框架图控制家电开关
安防开启
机器话
发送数
数传输
语音输入
麦克风
百度语音识
树莓派3B+
数传输
图灵机器
图42 软件系统框架图
43 语音控制程序设计
社会中着社会发展变原越快年轻代生活节奏变原越快问题出现:会时常会缺乏安全感感觉孤独问题年变越越严重仅许孩父母忙碌缺乏陪伴老子女外出工作缺乏倾诉针情况项目计划语音识基础造虚拟机器该机器基回答者提出问题够陪伴者减轻者孤独感
实现语音交互功该项目Raspberry Pi系统通相应函数程序访问云台台传客户端语音数进行智识转换转换数发送树莓派程序进行检索控制家电开关命令室安防开启关闭项目提前程序文件中放入相应音源文件程序运行程序时系统会动调取相应音源进行播放提示户该项目更加性化户语音输入机器时百度语音成功悔发送数树莓派中树莓派会数发送Turing Robot台 Turing Robot台负责语义分析百度语音合根户聊天容网络(知识库)接收相应容回复应信息果识失败会提示户录入声音重新识:者询问广州天天气样?时候Turing Robot台会通网络搜索结合百度语音通语音回复者回复:广东3月14日温度26摄氏度晴转云微风:者询问请问广东省市级单位城市?Turing Robot台会网络者知识库中搜寻通百度语音反馈户答案
百度语音台图灵机器台实现三功
1)语音控制家电设备开关
2)作陪伴型机器陪伴户
3)者提供知识检索
44 章结
章节说明智家居语音识系统软件系统控制设计介绍图灵机器台百度语音台功阐述语音识系统基思路时说明设计目设计背景
第五章 系统测试方案
51 硬件模块测试
先硬件模块进行通电测试排硬件模块电源工作问题检查单片机模块间线路接口否正确否反接电路线路间否松动检查电源稳定性否达该电压单片机通电测试模块否工作正常作品整体调试图图示:
图511 作品调试图
52 软件系统调试
树莓派置开机状态检查网络否通畅语音识摄头麦克风等功否正常
53 测试条件
具稳定网络方仔细检查电路图原理图万表示波器检查模块否反接虚焊
54 测试结果分析
项目首先测试树莓派识语音功钮语音输入段声音树莓派正确识反馈命令终端会存语音识失败率紧接着语音控制家电开关该项目识语音控制家电开关呼唤机器机器提问:广州天气样?机器进行反馈机器机交互话外观运行图图示:
(a)作品整体外观图 (b)作品局部外观图
(c)作品安防监测外观图 (d)作品安防监测运行外观图
图541 智家居外观图
图542 语音设备外观图
语音识成功控制家电开关:
图543 语音控制家电
次测试树莓派安防功语音启动安防功体红外感应模块正常工作时够发出语音警报摄头动启动拍传指定QQ邮箱中运行效果图示:
陌生走时命令终端显示拍保存相应文件夹中:
图544 摄头拍摄片
片立发送指定邮箱中:
(a)收信箱图 (b)邮件容图
(c)邮件图片接收图
图545 邮箱邮件图
测试基Arduino监测功启动系统OLED屏幕够正确显示温度湿度害气体浓度值显示安全字样火机气体MO2模块危险气体浓度发生变化危险气体浓度达设定值150蜂鸣器会发出警告OLED屏幕够显示警告字样警告灯会闪烁危险气体浓度达设定值200蜂鸣器会发出更加急促警报OLED屏幕显示危险字样警告灯闪烁频率更高危险气体浓度降150蜂鸣器停止发出警报OLED屏幕显示安全字样警告灯闪烁运行效果图示:
(a)监测功安全图 (b)监测功警告图
(c)监测功危险图
图546 监测功调试图
结合测试运行结果致符合文设计求通种校准代码修正该系统够基识然语言语音识错误率6够家电进行控制环境监测系统够较灵敏监测数值发出警报延迟时间2秒安防系统够陌生动拍传指定邮箱出结:设计够达设计求
55 章结
章介绍该项目测试方法测试流程测试仪器进行说明时阐述该项目测试结果该结果进行分析该项目够通软硬件测试达预期求
第六章 结
长时间研究项目基实现智家居控制系统构思功文介绍智家居语音识系统开发首先测试证明基树莓派智家居语音识系统运行稳定基Arduino温湿度检测系统样运行稳定该项目通树莓派识语言进行机交互GPIO口连接体红外感应传感器定时采集体红外模块数进行反馈警报拍Arduino作位机连接温度湿度模块MQ2烟雾感应模块实时采集方面数数显示OLED屏幕达定数值动报警该系统造价低廉功强够语音控制家电开关进行良机交互功时提供监测安防等智家居必功项目运行效果完着巨潜发展前景
需改进部分设计系统方面系统设计缺乏足验导致该系统工作中存缺陷时语音识率未达高水准该系统重复性测量方面精确性稳定性等方面进步探索提高
社会断发展程中智家居种样模型已日趋完善起早期智家居单繁琐够动控制家电互动缩减时间增加幸福感文系统语音识接入百度语音台果果量数集通深度学语音识离线样会智家居语音识效率更高时模块接入物联网线监测增加微信程序者手机APP控制理功加强实性
参 考 文 献
[1]侯海涛 国外智家居发展现状[J] 建材发展导 2004(05)9394
[2]刘华 田占生 冯宇飞 基树莓派智家居语音控制系统[J] 制造业动化 2018(10)44
[3]陈梅芬李伟权基语音控制技术简易智家居系统设计[J]电子世界2019(20)131132
[4]胡雄强 张伟 袁贵锋 王明倩 康 郝叶楠 基Raspberry PI Arduino 智家居系统[J] 电脑知识技术 2019(02)197199
[5]周丽萍 金丽馥 面居家养老智机器伴侣[J] 信息技术 2019(08)163166
[6]孟祥斌 朱佳梅 基物联网消失电脑桌设计实现[J] 现代济信息 2018(10)11
[7]静基树莓派功智家居系统[J]物联网技术20188(02)9699+102
[8]倪茹张琼忠意陈荣保嵌入式方言语音识智家电控制系统研制[J]仪表技术2019(08)1720
[9]李莎物联网技术智家居应研究[J]现代电子技术201235(21)1821
[10]王梅艳OLED技术面技术问题探讨[J]现代显示2006(10)3740+12
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