基于树莓派的智能家居系统设计与实现
发布时间：2021-03-18 18:41
针对传统智能家居成本较高、交互方式单一、操作繁琐等问题,设计与实现基于树莓派的智能家居系统。以树莓派为控制中心,以智能音箱和用户界面（UI）为用户交互终端。开发与集成了Home Assistant平台、百度语音平台、图灵机器人,实现语音交互控制室内终端设备,采用Java Script设计UI图形界面实现远程控制家居设备。人性化场景模式和设备间的智能互动,使家居生活更加安全舒适、节能高效。实验结果表明:该系统设计合理,功能指标满足智能家居的设计要求,为智能家居进入普通家庭提供了良好方案。
【文章来源】：传感器与微系统. 2021,40(02)
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
总体设计方案框图
系统选用微雪(waveshare)电子公司的双麦克风扩展板作为语音采集模块，采用WM8960低功耗立体声编解码器，通过I2C接口控制，IIS接口传输音频。板载标准3.5mm耳机接口，可通过外接耳机播放音乐，同时也可通过双通道喇叭接口外接喇叭播放。扩展板左右两边有一个高质量MEMS硅麦克风，可以立体声录音。在图中，树莓派的GPIO19连接到了DACLRC和ADCLRC,XXXLRC为帧时钟，用于切换左、右声道，如LRC为高电平表示正在传输的是左声道数据，为低电平表示正在传输的是右声道数据。GPIO21连接到DACDAT引脚，GPIO20连接到ADCDAT引脚。当录音的时候，对模拟声音信号采样，通过内置ADC将模拟信号转换为数字量，从ADCDAT输出，经过IIS控制器将数字量存放在音频芯片内存中;当播放的时候，DAC-DAT从音频芯片内存中读取数字量，经IIS控制器将数字量传输给编解码芯片，通过内置DAC将数字量转换为模拟量播放出来。该模块与树莓派完美兼容，满足本系统设计的需求。具体的电路如图2所示。2.3 音乐灯带模块
用户首先通过固定的唤醒词，如“大梁仔”，触发Snowboy唤醒词检测引擎机制[10]从而唤醒智能音箱。用户在听到“滴”的提示音后，再次输入语音控制指令，系统通过麦克风读取用户的语音输入，将语音数据进行固定格式的封装，通过调用百度语音识别(ASR)服务将语音转换成文本;其后将该文本传递给Home Assistant平台的语音控制相关的组件进行技能匹配，如Conversation组件和Intent＿script组件，执行对应的动作。若技能匹配失败，将文本传递给图灵机器人获得语义解析。最后将技能命中的提示信息或者图灵机器人抓取的信息传递给百度语音合成(TTS)服务合成语音，通过音箱播放给用户。智能音箱工作流程如图3所示。3.2 场景模式设计
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LoRa的远程监测系统设计[J]. 张敏,周治平. 传感器与微系统. 2019(07)
[2]基于树莓派的智能家居语音控制系统[J]. 刘华,田占生,冯宇飞. 制造业自动化. 2018(10)
[3]基于WiFi网络的家庭环境远程监测系统设计[J]. 马永杰,黄松茂. 测控技术. 2017(12)
[4]基于树莓派与微信的室内物联网安防系统[J]. 周炳贵,刘庆楷,邱桔. 传感器与微系统. 2017(11)
[5]基于物联网的智能家居远程无线监控系统设计[J]. 邓昀,李朝庆,程小辉. 计算机应用. 2017(01)
[6]基于物联网的智能家居远程监控系统设计与实现[J]. 季建华. 计算机应用与软件. 2015(11)
[7]低成本智能家居系统设计[J]. 马振,宋雅庆,王珂,陈超. 自动化仪表. 2015(03)
[8]基于物联网的智能家居系统设计与实现[J]. 叶高扬,毕冉. 计算机应用. 2014(S1)
硕士论文
[1]应用云服务构建智能家居系统的设计与实现[D]. 刘辉.长春工程学院 2019
[2]基于树莓派的智能家居系统的设计与实现[D]. 熊波.西南石油大学 2018
本文编号：3088750
【文章来源】：传感器与微系统. 2021,40(02)
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
总体设计方案框图
系统选用微雪(waveshare)电子公司的双麦克风扩展板作为语音采集模块，采用WM8960低功耗立体声编解码器，通过I2C接口控制，IIS接口传输音频。板载标准3.5mm耳机接口，可通过外接耳机播放音乐，同时也可通过双通道喇叭接口外接喇叭播放。扩展板左右两边有一个高质量MEMS硅麦克风，可以立体声录音。在图中，树莓派的GPIO19连接到了DACLRC和ADCLRC,XXXLRC为帧时钟，用于切换左、右声道，如LRC为高电平表示正在传输的是左声道数据，为低电平表示正在传输的是右声道数据。GPIO21连接到DACDAT引脚，GPIO20连接到ADCDAT引脚。当录音的时候，对模拟声音信号采样，通过内置ADC将模拟信号转换为数字量，从ADCDAT输出，经过IIS控制器将数字量存放在音频芯片内存中;当播放的时候，DAC-DAT从音频芯片内存中读取数字量，经IIS控制器将数字量传输给编解码芯片，通过内置DAC将数字量转换为模拟量播放出来。该模块与树莓派完美兼容，满足本系统设计的需求。具体的电路如图2所示。2.3 音乐灯带模块
用户首先通过固定的唤醒词，如“大梁仔”，触发Snowboy唤醒词检测引擎机制[10]从而唤醒智能音箱。用户在听到“滴”的提示音后，再次输入语音控制指令，系统通过麦克风读取用户的语音输入，将语音数据进行固定格式的封装，通过调用百度语音识别(ASR)服务将语音转换成文本;其后将该文本传递给Home Assistant平台的语音控制相关的组件进行技能匹配，如Conversation组件和Intent＿script组件，执行对应的动作。若技能匹配失败，将文本传递给图灵机器人获得语义解析。最后将技能命中的提示信息或者图灵机器人抓取的信息传递给百度语音合成(TTS)服务合成语音，通过音箱播放给用户。智能音箱工作流程如图3所示。3.2 场景模式设计
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LoRa的远程监测系统设计[J]. 张敏,周治平. 传感器与微系统. 2019(07)
[2]基于树莓派的智能家居语音控制系统[J]. 刘华,田占生,冯宇飞. 制造业自动化. 2018(10)
[3]基于WiFi网络的家庭环境远程监测系统设计[J]. 马永杰,黄松茂. 测控技术. 2017(12)
[4]基于树莓派与微信的室内物联网安防系统[J]. 周炳贵,刘庆楷,邱桔. 传感器与微系统. 2017(11)
[5]基于物联网的智能家居远程无线监控系统设计[J]. 邓昀,李朝庆,程小辉. 计算机应用. 2017(01)
[6]基于物联网的智能家居远程监控系统设计与实现[J]. 季建华. 计算机应用与软件. 2015(11)
[7]低成本智能家居系统设计[J]. 马振,宋雅庆,王珂,陈超. 自动化仪表. 2015(03)
[8]基于物联网的智能家居系统设计与实现[J]. 叶高扬,毕冉. 计算机应用. 2014(S1)
硕士论文
[1]应用云服务构建智能家居系统的设计与实现[D]. 刘辉.长春工程学院 2019
[2]基于树莓派的智能家居系统的设计与实现[D]. 熊波.西南石油大学 2018
本文编号：3088750
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