CN112309392A - 语音控制集成化智能家居***及其方法 - Google Patents

语音控制集成化智能家居***及其方法 Download PDF

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Abstract

一种语音控制集成化智能家居***及其方法，包括APP语音输入和手动控制模块采集用户语音数据或手动控制的信号数据，经过相应处理后发送至服务器模块；服务器模块接收发送来的所述处理后的数据，分析数据类型，解析完成后得到语音数据类型或手动控制信号这样的两种数据，以此来控制家居中的智能设备。结合其他结构和方法有效避免了现有技术中智能家居的语音控制***必须在一定范围内才能接收到用户的音频信息、不能够无死角而全方位的进行语音控制、传统语音解析方式模式单一以及解析效率低的缺陷。

Description

语音控制集成化智能家居***及其方法
技术领域
本发明涉及智能家居***技术领域，也属于语音控制技术领域，具体涉及一种语音控制集成化智能家居***及其方法，尤其涉及一种基于嵌入式的AI语音控制集成化智能家居***及其方法。
背景技术
智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理***，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。而随着人们生活的水平的不断提高，近年来智能家居逐渐的替代了传统家居。然而现有的智能家居的语音控制***也存在着一些缺点，即必须在一定范围内才能接收到用户的音频信息，不能够无死角、全方位的进行语音控制。
同时，由于传统语音解析方式模式单一，解析效率低，不能很好的完成人们的需要，而人工智能的兴起，提供了一个新的语音解析思路。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种语音控制集成化智能家居***及其方法，有效避免了现有技术中智能家居的语音控制***必须在一定范围内才能接收到用户的音频信息、不能够无死角而全方位的进行语音控制、传统语音解析方式模式单一以及解析效率低的缺陷。
为了克服现有技术中的不足，本发明给予了一种语音控制集成化智能家居***及其方法的解决方案，具体如下：
一种语音控制集成化智能家居***的方法，包括如下步骤：
步骤1：所述APP语音输入和手动控制模块采集用户语音数据或手动控制的信号数据，经过相应处理后发送至服务器模块；
步骤2：所述服务器模块接收发送来的所述处理后的数据，分析数据类型，解析完成后得到语音数据类型或手动控制信号这样的两种数据，以此来控制家居中的智能设备。
进一步的，所述步骤2中的以此来控制家居中的智能设备，包括：在所述步骤2中解析完成后得到的数据为语音数据类型时，则发送至所述深度学习模块中处理，否则直接发送至socket通信模块中处理，具体处理方式包括如下步骤；
步骤2-1：所述深度学习模块接收到发送来的所述语音数据类型的数据，进入语音识别神经网络和自然语言神经网络相应处理后得到数字化信号结果,在把该数字化信号结果发送至socket通信模块；
步骤2-2：所述socket通信模块接收到所述手动控制信号或者数字化信号结果后，就将其作为控制指令发送至对应的节点适配模块；
步骤2-3：所述节点适配模块接收到所述控制指令进行数字信号识别而得到数字信号，并发送至所述节点适配模块所连接的智能设备；
步骤2-4：所述智能设备接收所述数字信号，完成相应操作。
进一步的，所述步骤2-4之后，还包括：
步骤2-5：所述完成相应操作后，发送反馈信号至所述节点适配设备；
步骤2-6：节点适配模块接收并识别反馈信号，并发送至socket通信模块；
步骤2-7：socket通信模块接收反馈信号，识别并包装为文本类型的反馈信息，转发至服务器模块；
步骤2-8：所述服务器模块接收反馈信息，并推送至APP语音输入和手动控制模块。
进一步的，所述步骤2-1中：在把该数字化信号结果发送至socket通信模块的同时，所述语音识别神经网络和自然语言神经网络还将数据划入训练集同步训练，训练完毕后所得的权重存入存储模块。
进一步的，所述APP语音输入和手动控制模块能够由语音采集和功放模块而替代。
所述语音控制集成化智能家居***，包括：
APP语音输入和手动控制模块，所述APP语音输入和手动控制模块用于通过家居无线网络或者移动数据网络访问服务器模块；
服务器模块，所述服务器模块用于通过家居无线网络接入外网，以此服务所述APP语音输入和手动控制模块来控制家居中的智能设备。
进一步的，所述APP语音输入和手动控制模块运行在具备语音采集能力且搭载Android操作***的智能移动设备上；
所述服务器模块放置于所述家居无线网络覆盖下的任一位置，所述服务器模块用于通过家居无线网络接入外网的方式，包括：所述服务器模块通过IP设置模块设置而获取作为局域网的所述家居无线网络的IP以及接入所述外网的IP；
所述APP语音输入和手动控制模块访问服务器模块，包括：向服务器模块发送指令和语音数据，并获取所述智能设备信息。
进一步的，所述语音控制集成化智能家居***，还包括：
语音采集和功放模块，所述语音采集和功放模块可放置于所述家居无线网络覆盖下的任一位置，所述语音采集和功放模块用于通过家居无线网络连接于所述服务器模块，收集语音数据并上传至所述服务器模块，并接收服务器模块返回的反馈语音数据进行播放。
进一步的，所述语音控制集成化智能家居***，还包括：
节点适配模块，所述节点适配模块放置于所述家居无线网络覆盖下的任一位置，所述节点适配模块用于通过家居无线网络连接于所述服务器模块，所述节点适配模块用于接收服务器模块发出的操作指令并转译成操作信号从而控制智能设备，或用于将获取的智能设备信息上传至服务器模块，经服务器模块反馈给用户的所述APP语音输入和手动控制模块；
所述智能设备与所述节点适配模块连接并接收所述节点适配模块发送来的信息，用于提供家居服务。
进一步的，所述语音控制集成化智能家居***，还包括：
运行在所述服务器模块上的深度学习模块和主控模块；
所述深度学习模块包括语音识别神经网络和自然语言神经网络，该两个神经网络用于将语音数据转为文本来用词嵌入分析出语句表达，以此生成相应数字化指令信号；
所述主控模块包括存储模块、服务模块以及socket通信模块；
所述存储模块用于存储智能设备信息，用户信息、节点适配模块的信息以及深度学习模型权重信息；
所述服务模块用于接收APP语音输入和手动控制模块以及语音采集和功放模块的信息，并根据数据类型将数据传入深度学习模块或直接传入socket通信模块；
所述socket通信模块用于接收深度学习模块给出的语音类型控制指令或服务模块信息给出的手动控制类型指令、反馈来自节点适配模块发出的智能设备状态信息。
本发明的有益效果为：
本发明通过APP语音输入和手动控制模块、语音采集和功放模块采集并生成数据，利用家居无线网络送至服务器模块，服务器模块接收数据、解析数据并生成指令送至指定智能设备相连而绑定的节点适配模块。节点适配模块利用家居无线网络与服务器模块连接，接收服务器模块发送的指令并转译成数字信号传送给智能设备进行控制。本发明实现了家居设备的远程和家中全方位控制，提高了家居设备的安全性，给家居生活带来了极大的便利，从而提高生活质量。
附图说明
图1为本发明的语音控制集成化智能家居***的结构图。
图2为本发明的语音控制集成化智能家居***的方法的原理图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步地说明。
如图1-图2所示，语音控制集成化智能家居***的方法，包括如下步骤：
步骤1：所述APP语音输入和手动控制模块采集用户语音数据或手动控制的信号数据，经过相应处理后发送至服务器模块；
这里，语音数据经由APP语音输入和手动控制模块转换为二进制数据后通过websocket协议上传至服务器模块。手动控制信号数据经由模块封装成JSON数据来通过HTTP协议上传至服务器模块。
步骤2：所述服务器模块接收发送来的所述处理后的数据，分析数据类型，解析完成后得到语音数据类型或手动控制信号这样的两种数据，以此来控制家居中的智能设备。这样就实现了家居设备的远程和家中全方位控制，提高了家居设备的安全性，给家居生活带来了极大的便利，从而提高生活质量。
这里，服务器通过判断数据上传至服务器的具体方式来判断是数据类型，语音数据通过webscoket通信协议上传，控制信号数据通过http通信协议上传。
所述步骤2中的以此来控制家居中的智能设备，包括：在所述步骤2中解析完成后得到的数据为语音数据类型时，则发送至所述深度学习模块中处理，否则直接发送至socket通信模块中处理，具体处理方式包括如下步骤；
步骤2-1：所述深度学习模块接收到发送来的所述语音数据类型的数据，进入语音识别神经网络和自然语言神经网络相应处理后得到数字化信号结果,在把该数字化信号结果发送至socket通信模块；
这里的语音数据先进入语音识别神经网络，语音识别神经网络会将语音二进制数据转换为n维的语音数据张量，通过ASR进行识别并输出识别文字结果，接着文字结果数据进入自然语言神经网络，通过NLU进行语义理解并将文字改写成规定的指令格式，其中n为自然数。
步骤2-2：所述socket通信模块接收到所述手动控制信号或者数字化信号结果后，就将其作为控制指令发送至对应的节点适配模块；
这里的控制指令内容的发送例如使用这样的语句：send|192.168.1.3|1，socket函数通信解析内容后会向IP地址为192.168.1.3的节点适配模块发送数字1，这里1代表一种模式，比如打开照明。
步骤2-3：所述节点适配模块接收到所述控制指令进行数字信号识别而得到数字信号，并发送至所述节点适配模块所连接的智能设备；
这里接收的内容为二进制数据，对内容解码后得到相应的数字信号，如1，而后对数字进行判断，从而对智能设备发出相应的电输入信号。
步骤2-4：所述智能设备接收所述数字信号，完成相应操作。
这里的智能设备具有继电器之类的元件，完成相应操作就是接收输入回路的电控制信号，并将其转换为输出回路的电控制信号。
所述步骤2-4之后，还包括：
步骤2-5：所述完成相应操作后，发送反馈信号至所述节点适配设备；
步骤2-6：节点适配模块接收并识别反馈信号，并发送至socket通信模块；
步骤2-7：socket通信模块接收反馈信号，识别并包装为文本类型的反馈信息，转发至服务器模块；
这里的节点模块向socket模块发出数字信号内容，如1000，socket接收后转换为相应预设而对应的文字信息，如“操作成功”。
步骤2-8：所述服务器模块接收反馈信息，并推送至APP语音输入和手动控制模块。
所述步骤2-1中：在把该数字化信号结果发送至socket通信模块的同时，所述语音识别神经网络和自然语言神经网络还将数据划入训练集同步训练，训练完毕后所得的权重存入存储模块。
这里语音识别神经网络会将语音数据张量保存至语音识别训练集文件，识别后的文字结果保存至语音识别结果集文件，完成后语音识别神经网络会使用训练集和结果集开始自我训练，训练完毕后权重存入存储模块。
自然语言神经网络会将语音识别神经网络识别后的结果保存至语义分析训练集文件，分析后的结果保存至语义分析结果集文件，完成后语义分析神经网络会使用训练集和结果集开始自我训练，训练完毕后权重存入存储模块。
所述APP语音输入和手动控制模块能够由语音采集和功放模块而替代。
这里两种模块实现的操作是一致，如通过APP语音输入和AI音箱都可以完成语音数据的录入上传。
所述语音控制集成化智能家居***，包括：
APP语音输入和手动控制模块，所述APP语音输入和手动控制模块用于通过家居无线网络或者移动数据网络访问服务器模块；所述APP语音输入和手动控制模块通过家居无线网络或者移动数据网络与所述服务器模块来通信连接。
服务器模块，所述服务器模块用于通过家居无线网络接入外网，以此服务所述APP语音输入和手动控制模块来控制家居中的智能设备。这样通过家居无线网络或者移动数据网络访问服务器模块的APP语音输入和手动控制模块以及通过家居无线网络接入外网的服务器模块，以此控制家居中的智能设备，这样的语音控制***的适用范围拓展到了外网和移动数据网络覆盖的区域能接收到用户的音频信息，就能够无死角而全方位的进行语音控制。所述服务器模块包括有服务器，所述服务器为树莓派3B+。所述家居中的智能设备能够是智能网络摄像机、智能插座、智能移动影院或者扫地机器人。
所述APP语音输入和手动控制模块运行在具备语音采集能力且搭载Android操作***的智能移动设备上；该智能移动设备能够是智能手机，该智能手机具有麦克风或者拾音器。
所述服务器模块可放置于所述家居无线网络覆盖下的任一位置，所述家居无线网络为无线局域网。所述服务器模块用于通过家居无线网络接入外网的方式，包括：所述服务器模块通过IP设置模块这样的软件设置而获取作为局域网的所述家居无线网络的IP以及接入所述外网的IP；该外网能够是互联网。
所述APP语音输入和手动控制模块访问服务器模块，包括：向服务器模块发送指令和语音数据，并获取所述智能设备信息。
所述语音控制集成化智能家居***，还包括：
语音采集和功放模块，所述语音采集和功放模块可放置于所述家居无线网络覆盖下的任一位置，所述语音采集和功放模块用于通过家居无线网络连接于所述服务器模块，收集用户发出的语音数据并上传至所述服务器模块，并接收服务器模块返回的反馈语音数据进行播放。所述语音采集和功放模块包括树莓派Zero Wh、Respeaker 2-Mics PI HAT麦克风阵列、树莓派音箱，其具有语音唤醒、语音对话等功能。
所述语音控制集成化智能家居***，还包括：
节点适配模块，所述节点适配模块可放置于所述家居无线网络覆盖下的任一位置，所述节点适配模块用于通过家居无线网络连接于所述服务器模块，所述节点适配模块用于接收服务器模块发出的操作指令并转译成操作信号从而控制智能设备，或用于将获取的智能设备信息上传至服务器模块，经服务器模块反馈给用户的所述APP语音输入和手动控制模块；
这里接收的操作指令内容为二进制数据，对内容解码后得到相应的数字信号，如1，而后对数字进行判断，从而对智能设备发出相应的电输入信号。
智能设备具有继电器之类的元件，接收输入回路的电控制信号，并将其转换为输出回路的电控制信号。
节点模块向socket模块发出数字信号内容，如1000，socket接收后转换为相应文字信息，如“操作成功”，并向数据源模块发送该信息作为反馈。
所述智能设备与所述节点适配模块连接并接收所述节点适配模块发送来的信息，用于提供家居服务。所述节点适配模块采用ESP8266 NodeMcu模块来作为节点控制器。
所述语音控制集成化智能家居***，还包括：
运行在所述服务器模块的服务器上的深度学习模块和主控模块；
所述深度学习模块包括基于Tensorflow2.0深度学习框架编写的语音识别神经网络和自然语言神经网络，该两个神经网络用于将用户的语音数据转为文本来用词嵌入分析出用户语句表达，以此生成相应数字化指令信号；
这里的语音数据先进入语音识别网络，语音识别神经网络会将语音二进制数据转换为n维的语音数据张量，通过ASR进行识别并输出识别文字结果，接着文字结果数据进入自然语言神经网络，通过NLU进行语义理解并将文字改写成规定的指令格式。
所述主控模块包括存储模块、服务模块以及socket通信模块；
所述存储模块以MySQL数据库为存储单元，用于存储智能设备信息，用户信息、节点适配模块的信息以及深度学习模型权重信息；
这里的智能设备信息包括智能设备的IP地址，该IP地址对应的中文名称以及智能设备所支持的工作模式以及对应的数字信号
所述服务模块用于接收APP语音输入和手动控制模块以及语音采集和功放模块的信息，并根据数据类型将数据传入深度学习模块或直接传入socket通信模块；
所述socket通信模块用于接收深度学习模块给出的语音类型控制指令或服务模块给出的手动控制类型指令、反馈来自节点适配模块发出的智能设备状态信息。
另外，所述APP语音输入和手动控制模块可通过WLAN或移动数据网络连接互联网，设置服务器模块所在的公网IP；语音采集和功放模块可根据需要放置于任一位置，并连接家居无线网络，获取局域网IP，并通过软件设置与所述服务端模块进行绑定；智能设备模块须与节点适配模块绑定，可根据需要放置于任一位置，并连接家居无线网络，获取局域网IP，并与所述服务器模块进行绑定。
本发明提供了一种语音控制集成化智能家居***及其方法，其包括：语音采集和功放模块、服务器模块、APP语音输入和手动控制模块、智能设备、节点适配模块，通过APP语音输入和手动控制模块、语音采集和功放模块采集并生成数据，利用家居无线网络送至服务器模块，服务器模块接收数据、解析数据并生成指令送至指定智能设备相连而绑定的节点适配模块。节点适配模块利用家居无线网络与服务器模块连接，接收服务器模块发送的指令并转译成数字信号传送给智能设备进行控制。本发明实现了家居设备的远程和家中全方位控制，提高了家居设备的安全性，给家居生活带来了极大的便利，从而提高生活质量。另外，深度学习模块具有自学习功能，能够将识别的指令存入数据集并进行模型训练，如此本发明能够不断进化，变得更加智能，智能设备与人沟通更加容易。
这里的语音识别神经网络会将语音数据张量保存至语音识别训练集文件，识别后的文字结果保存至语音识别结果集文件，完成后语音识别神经网络会使用训练集和结果集开始自我训练，训练完毕后权重存入存储模块。
自然语言神经网络会将语音识别神经网络识别后的结果保存至语义分析训练集文件，分析后的结果保存至语义分析结果集文件，完成后语义分析神经网络会使用训练集和结果集开始自我训练，训练完毕后权重存入存储模块。
以上以用实施例说明的过程对本发明作了描述，本领域的技术人员应当理解，本公开不限于以上描述的实施例，在不偏离本发明的范围的状况下，能够做出每种变动、改变和替换。

Claims (9)

1.一种语音控制集成化智能家居***的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：所述APP语音输入和手动控制模块采集用户语音数据或手动控制的信号数据，经过相应处理后发送至服务器模块；
步骤2：所述服务器模块接收发送来的所述处理后的数据，分析数据类型，解析完成后得到语音数据类型或手动控制信号这样的两种数据，以此来控制家居中的智能设备。
2.根据权利要求1所述的语音控制集成化智能家居***的方法，其特征在于，所述步骤2中的以此来控制家居中的智能设备，包括：在所述步骤2中解析完成后得到的数据为语音数据类型时，则发送至所述深度学习模块中处理，否则直接发送至socket通信模块中处理，具体处理方式包括如下步骤；
步骤2-1：所述深度学习模块接收到发送来的所述语音数据类型的数据，进入语音识别神经网络和自然语言神经网络相应处理后得到数字化信号结果,在把该数字化信号结果发送至socket通信模块；
步骤2-2：所述socket通信模块接收到所述手动控制信号或者数字化信号结果后，就将其作为控制指令发送至对应的节点适配模块；
步骤2-3：所述节点适配模块接收到所述控制指令进行数字信号识别而得到数字信号，并发送至所述节点适配模块所连接的智能设备；
步骤2-4：所述智能设备接收所述数字信号，完成相应操作。
3.根据权利要求2所述的语音控制集成化智能家居***的方法，其特征在于，所述步骤2-4之后，还包括：
步骤2-5：所述完成相应操作后，发送反馈信号至所述节点适配设备；
步骤2-6：节点适配模块接收并识别反馈信号，并发送至socket通信模块；
步骤2-7：socket通信模块接收反馈信号，识别并包装为文本类型的反馈信息，转发至服务器模块；
步骤2-8：所述服务器模块接收反馈信息，并推送至APP语音输入和手动控制模块。
4.根据权利要求3所述的语音控制集成化智能家居***的方法，其特征在于，所述步骤2-1中：在把该数字化信号结果发送至socket通信模块的同时，所述语音识别神经网络和自然语言神经网络还将数据划入训练集同步训练，训练完毕后所得的权重存入存储模块。
5.根据权利要求2所述的语音控制集成化智能家居***的方法，其特征在于，所述APP语音输入和手动控制模块能够由语音采集和功放模块而替代。
6.一种语音控制集成化智能家居***，其特征在于，包括：
APP语音输入和手动控制模块，所述APP语音输入和手动控制模块用于通过家居无线网络或者移动数据网络访问服务器模块；
服务器模块，所述服务器模块用于通过家居无线网络接入外网，以此服务所述APP语音输入和手动控制模块来控制家居中的智能设备。
7.根据权利要求6所述的语音控制集成化智能家居***，其特征在于，所述APP语音输入和手动控制模块运行在具备语音采集能力且搭载Android操作***的智能移动设备上；
所述服务器模块放置于所述家居无线网络覆盖下的任一位置，所述服务器模块用于通过家居无线网络接入外网的方式，包括：所述服务器模块通过IP设置模块设置而获取作为局域网的所述家居无线网络的IP以及接入所述外网的IP；
所述APP语音输入和手动控制模块访问服务器模块，包括：向服务器模块发送指令和语音数据，并获取所述智能设备信息。
8.根据权利要求6所述的语音控制集成化智能家居***，其特征在于，所述语音控制集成化智能家居***，还包括：
语音采集和功放模块，所述语音采集和功放模块放置于所述家居无线网络覆盖下的任一位置，所述语音采集和功放模块用于通过家居无线网络连接于所述服务器模块，收集语音数据并上传至所述服务器模块，并接收服务器模块返回的反馈语音数据进行播放。
9.根据权利要求6所述的语音控制集成化智能家居***，其特征在于，所述语音控制集成化智能家居***，还包括：
节点适配模块，所述节点适配模块放置于所述家居无线网络覆盖下的任一位置，所述节点适配模块用于通过家居无线网络连接于所述服务器模块，所述节点适配模块用于接收服务器模块发出的操作指令并转译成操作信号从而控制智能设备，或用于将获取的智能设备信息上传至服务器模块，经服务器模块反馈给用户的所述APP语音输入和手动控制模块；
所述智能设备与所述节点适配模块连接并接收所述节点适配模块发送来的信息，用于提供家居服务；
所述语音控制集成化智能家居***，还包括：
运行在所述服务器模块上的深度学习模块和主控模块；
所述深度学习模块包括语音识别神经网络和自然语言神经网络，该两个神经网络用于将语音数据转为文本来用词嵌入分析出语句表达，以此生成相应数字化指令信号；
所述主控模块包括存储模块、服务模块以及socket通信模块；
所述存储模块用于存储智能设备信息，用户信息、节点适配模块的信息以及深度学习模型权重信息；
所述服务模块用于接收APP语音输入和手动控制模块以及语音采集和功放模块的信息，并根据数据类型将数据传入深度学习模块或直接传入socket通信模块；
所述socket通信模块用于接收深度学习模块给出的语音类型控制指令或服务模块信息给出的手动控制类型指令、反馈来自节点适配模块发出的智能设备状态信息。
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