Android手機(jī)的智能家居語音控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(1.成都理工大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610059；2.上海艾能電力工程有限公司)

引 言

智能家居不僅為人們提供了安全的、便利的、舒適的基礎(chǔ)生活設(shè)施，而且還能保證人們的居住環(huán)境環(huán)保節(jié)能。但在國(guó)內(nèi)，目前智能家居還只是處于技術(shù)推廣階段，并未實(shí)際應(yīng)用于百姓的日常生活中，造成這種狀況的原因有很多方面，比如軟件操作復(fù)雜、人機(jī)交互性差、價(jià)格昂貴等。

Android系統(tǒng)于2007年11月5日由谷歌公司公布以來，其憑借開源、自由的優(yōu)勢(shì),面世以后就受到了移動(dòng)終端生產(chǎn)商的青睞。Android開發(fā)環(huán)境所需的開發(fā)工具包括Java SDK、Eclipse、Android SDK、Android ADT。其中，Android SDK是Android的專屬軟件開發(fā)包。百度語音SDK Android版(簡(jiǎn)稱BDVRClient)是運(yùn)行在Android 平臺(tái)的一體化語音識(shí)別解決方案。百度語音合成客戶端Android版SDK(簡(jiǎn)稱BDTTSClient)是面向Android移動(dòng)設(shè)備的語音合成解決方案。STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8 KB在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供了高靈活、超有效的解決方案。

本設(shè)計(jì)將采用BDVRClient和BDTTSClient方案。系統(tǒng)將人類語音發(fā)送至云端引擎進(jìn)行處理，返回計(jì)算機(jī)可讀的字符串輸入，對(duì)字符串進(jìn)行處理，采用TTS技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能應(yīng)答，結(jié)合藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)(指令)無線傳輸，使用嵌入式技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)家居系統(tǒng)的控制、定時(shí)等功能。

1 上位機(jī)APP開發(fā)

1.1 界面設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)包括主界面、藍(lán)牙管理界面、指令管理界面三個(gè)界面，分別使用嵌套布局、相對(duì)布局、線性布局，使用的控件有Button、TextView、EditText、ListView、togglebutton等。界面設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 界面設(shè)計(jì)

1.2 程序邏輯設(shè)計(jì)

1.2.1 語音識(shí)別模塊

(1) 權(quán)限聲明

(2) 創(chuàng)建對(duì)話框

mDialog=new BaiduASRDigitalDialog(context,params);

(3) 設(shè)置回調(diào)

mRecognitionListener=newDialogRecognitionListener(){

publicvoidonResults(Bundle results){

ArrayListrs=results !=null?results.getStringArrayList(RESULTS_RECOGNITION):null;

if(rs!=null){ } } };

mDialog.setDialogRecognitionListener(mRecognitionListener);

(4) 調(diào)用mDialog.show()開始識(shí)別

BDVRClient在開始識(shí)別后，會(huì)啟動(dòng)錄音、預(yù)處理、上傳到服務(wù)器并獲取識(shí)別結(jié)果。

1.2.2 語音合成模塊

(1) 權(quán)限聲明

(2) Tts初始化與授權(quán)等參數(shù)設(shè)置

speechSynthesizer = SpeechSynthesizer.getInstance();

speechSynthesizer.setContext(Context);

speechSynthesizer.setSpeechSynthesizerListener(SpeechSynthesizerListener);

AuthInfo authInfo = speechSynthesizer.auth(TtsMode);

speechSynthesizer.initTts(TtsMode);

(3) 參數(shù)設(shè)置

設(shè)置PARAM_VOLUME、PARAM_SPEED、PARAM_PITCH、PARAM_SPEAKER、PARAM_AUDIO_ENCODE、PARAM_AUDIO_RATE等參數(shù)。

(4) 授權(quán)驗(yàn)證接口

AuthInfo authInfo=speechSynthesizer.auth(TtsMode ttsMode);

(5) Tts初始化接口

int initTts(TtsMode ttsMode);

(6) 合成并播放

調(diào)用speak()即可實(shí)現(xiàn)合成并播放。

1.2.3 藍(lán)牙模塊

(1) 打開/關(guān)閉藍(lán)牙

獲得藍(lán)牙適配器:

blueadapter=BluetoothAdapter.getDefaultAdapter();

調(diào)用blueadapter.enable()和blueadapter.disable()打開或者關(guān)閉藍(lán)牙。

(2) 搜索藍(lán)牙

調(diào)用diblueadapter.startDiscovery( )發(fā)送廣播搜索藍(lán)牙，在發(fā)送廣播之前需要注冊(cè)藍(lán)牙搜索廣播接收者、定義廣播接收，當(dāng)廣播的事件是注冊(cè)的事件時(shí)就會(huì)觸發(fā)廣播接收器，然后觸發(fā)廣播接收的onReceiver()，從Intent中獲取設(shè)備對(duì)象:

BluetoothDevice device=intent.getParcelableExtra(BluetoothDevice.EXTRA_DEVICE);

通過listview控件顯示遠(yuǎn)端設(shè)備列表。

(3) 藍(lán)牙配對(duì)

藍(lán)牙首次配對(duì)之后，隨后的通信連接就不必每次都要做確認(rèn)。

(4) 建立connect線程完成連接并發(fā)送socket連接完成的廣播事件

部分代碼如下：

socket=this.device.createRfcommSocketToServiceRecord(this.myUID);

socket.connect();

Intent tent=new Intent(MainActivity.CONNECT_FINAL_ACTION);

MainActivity.this.sendBroadcast(tent);

(5) 指令發(fā)送

廣播接收onReceiver()中，獲得blueSocket對(duì)象：

blueSocket=MainActivity.this.connect_thread.getSocket();

通過blueSocket對(duì)象獲取輸出流：

tmpOut=blueSocket.getOutputStream();

通過調(diào)用tmpOut.write(bytes[])發(fā)送指令。

1.2.4 SQLite數(shù)據(jù)庫模塊

(1) 創(chuàng)建zhiling表

使用SQLiteOpenHelper抽象類創(chuàng)建一個(gè)ZHILING.db的數(shù)據(jù)庫，然后在代碼中執(zhí)行db.execSQL(CREATE_ZHILING)創(chuàng)建一張zhiling表。

(2) 添加數(shù)據(jù)

獲取SQLiteDatabase對(duì)象:

SQLiteDatabase db=dbHelper.getWritableDatabase();

然后使用ContentValues來對(duì)要添加的數(shù)據(jù)進(jìn)行組裝,最后調(diào)用db.insert()將數(shù)據(jù)添加到zhiling表中。

(3) 顯示列表

通過SimpleCursorAdapter類與數(shù)據(jù)綁定，借助listview顯示數(shù)據(jù)。

(4) 數(shù)據(jù)庫查詢

使用db.query()遍歷數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢，獲取單字節(jié)指令。

1.3 Toast提示

Toast可以反映當(dāng)前控制端的變化，提醒用戶當(dāng)前應(yīng)用的狀態(tài)。Toast 提示的內(nèi)容如下：藍(lán)牙連接狀態(tài)改變提示、查詢指令成功提示和指令發(fā)送成功提示等。

2 下位機(jī)的設(shè)計(jì)

2.1 下位機(jī)硬件設(shè)計(jì)

下位機(jī)以單片機(jī)STC89C52為核心控制器，通過串口與HC-06藍(lán)牙模塊連接，接收來自上位機(jī)的指令；P1^7 I/O口與P3^2 I/O連接，可產(chǎn)生外部中斷，用于LED照明系統(tǒng)的定時(shí)；P1^0、P1^1、P1^2 I/O口通過限流電阻與LED燈連接構(gòu)成LED照明系統(tǒng)；與LCD1602顯示模塊的連接構(gòu)成液晶顯示電路；與紅外發(fā)射管和相應(yīng)的保護(hù)電路構(gòu)成紅外發(fā)射電路等；下位機(jī)硬件原理圖(藍(lán)牙模塊、LCD1602液晶顯示模塊以相應(yīng)的接口形式體現(xiàn))如圖2所示。

圖2 下位機(jī)硬件原理圖

下位機(jī)實(shí)物圖如圖3所示。

圖3 下位機(jī)實(shí)物圖

2.2 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)軟件的主要功能包括接收來自上位機(jī)的指令、對(duì)指令進(jìn)行判斷、或控制LED照明系統(tǒng)、或產(chǎn)生中斷進(jìn)行定時(shí)、或控制紅外發(fā)射、或控制液晶顯示。

對(duì)于中斷服務(wù)程序，首先對(duì)指令進(jìn)行判斷，調(diào)用顯示子程序，然后程序延時(shí)2分鐘，熄滅對(duì)應(yīng)的LED燈，中斷返回。對(duì)于紅外發(fā)送部分，采用定時(shí)方式0產(chǎn)生中斷的方式產(chǎn)生載波，使用定時(shí)方式1延時(shí)的方式實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)碼、“1”、“0”的發(fā)送。

對(duì)于液晶顯示部分，其操作時(shí)序?yàn)椋?/p>

① 讀狀態(tài)：輸入RS=L，RW=H，E=H；輸出D0～D7=狀態(tài)字。

② 寫指令：輸入RS=L，RW=L，D0～D7=指令碼，E=高脈沖； 輸出無。

③ 讀數(shù)據(jù)：輸入RS=H，RW=H，E=H；輸出D0～D7=數(shù)據(jù)。

④ 寫數(shù)據(jù)：輸入RS=H，RW=L，D0～D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖；輸出無。

下位機(jī)軟件程序流程圖如圖4所示。

圖4 下位機(jī)軟件程序流程圖

3 系統(tǒng)測(cè)試

將smarthome.apk發(fā)送至Android手機(jī)進(jìn)行安裝，編輯指令列表，將xiaweiji.hex燒寫至單片機(jī)，連接電路，接通電源，連接藍(lán)牙，部分測(cè)試用例和測(cè)試記錄見表1。

表1 部分測(cè)試用例和測(cè)試記錄

結(jié) 語

[1] 張濤.基于Android的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].合肥:安徽大學(xué),2015.

[2] 韓迪,李建慶.Android實(shí)例詳解項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)開發(fā)[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2016.

[3] 侯殿有.單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)[M].北京:人民郵電出版社,2010.

[4] David Kammer.藍(lán)牙應(yīng)用開發(fā)指南近程互聯(lián)解決方案[M].李靜,等譯.北京:科學(xué)出版社,2003.

[5] 王玉鳳.基于紅外、無線通信和語音識(shí)別的智能家電網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)[D].長(zhǎng)沙:長(zhǎng)沙理工大學(xué),2005.

[6] 北京百度網(wǎng)訊科技有限公司.百度語音識(shí)別SDK Android版開發(fā)手冊(cè)[EB/OL].[2017-09].http://yuyin.baidu.com/docs/asr/166.

[7] 百度在線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(北京)有限公司.百度語音合成SDK Android版開發(fā)手冊(cè)[EB/OL].[2017-09].http://yuyin.baidu.com/docs/tts.

[8] 鄧奕.Altium Designer原理圖與PCB設(shè)計(jì)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2015.