基于NodeMCU智能语音交互家居系统设计.pdfVIP

基于NodeMCU智能语音交互家居系统设

计

0引言

数据时代快速发展，电子技术及其电子产品在现实生活中广泛普及，给人们

的生活带来极大的便利。开发智能家居技术产品更是提供人们享受生活的重要平

台，智能家居系统使用网络将各种家居设备连接起来，实现智能化的控制、监测、

提醒等功能,既能给用户提供舒适、健康、方便的生活环境，还能够远程监测家庭

环境信息并能够远程控制家电开关，提高了居民生活的安全性。

[2]

目前，智能家居的控制方式主要采用无线控制或手动控制。其中，手动控

[3]

制精确性比较高，但对于那些肢体有障碍或者年纪比较大反应迟缓的人而言，手

动控制不太适用，当下采用无线控制的方式成为了学界的研究热点，只是现如今

的传统家居家电设备很难直接与市场上的语音助手结合，而且高技术产品价格也

并不惠民，智能家居控制系统存在因设计成本过高而难以做到大范围普及的现象。

尤其在时下的老龄化社会，对于某些老人群体而言，则很难跟上这个智能化的社

会发展。

针对上述问题，本文提出用树莓派和NodeMCU开发板联合开发一款性价

比极高的智能语音交互家居系统，通过树莓派在Linux系统下运行百度云平台提

供的SDK加上麦克风阵列和CSI摄像头实现语音识别、语音合成、人脸检测等

主要功能。让其足不出户便能知道天下事，还能通过安全门连接摄像头来实现人

脸监测，安全区域预警等功能，室内检测老人是否摔倒，心率和血压检测实时发

送至云端存储，既满足了家人远程监测的需求，还能实时控制家用电器并进行一

些救助措施。

1系统总体框架图

对智能家居系统整体设计，为保证系统运行的稳定性、准确性和实时性，需

要软硬件的联合运行。本设计系统以树莓派和NodeMCU联合作为控制器，来

实现家庭环境监测、家用电器控制、室内外控制、安防管理及家庭设备语音交互

等功能，树莓派通过百度云平台实现语音识别、语音合成及人脸识别功能，通过

麦克风阵列对人声进行录音，传输至云服务器平台来做语音识别，再将识别的文

字提取出来。如果有对应的文字指令则通过串口传送至Arduino执行需要处理

的文字对应程序。Arduino再发送AT指令给NodeMCU,建立TCP透传模式实

现云服务数据通信。使用ArduinoIDE环境来编写NodeMCU程序，在配置环

境时添加ESP8266安装即可。这样就可以使用该环境实现程序下载，对于

NodeMCU而言只提供了3V的输出电压，不能满足一些传感器5V的工作电

压。为解决这一问题，将ArduinoNano的5V电源提供给NodeMCU的VIN

引脚，传感器5V连接到VIN引脚提供工作电压。与Tlink物联网云服务器建

立TCP透传模式数据通信。传感器选用DHT.11、MQ_2、PIR、水泵、减速电

机、麦克风双阵列、CSI摄像头。使用LabVIEW作为上位机在PC机上进行调

试，利用虚拟仪器平台实时采集家居环境信息便于调试家用电气设备，使用更加

简洁、方便的无线传输方式—物联网通信，就能够将传感器感知到的信息发送至

云服务器，实现数据的准确显示、存储和反馈。系统总体设计框架如图1所示。

图1系统总体设计框图

Fig.1Blockdiagramoftheoverallsystemdesign

2系统功能设计

系统实现的功能主要有利用树莓派和NodeMCU与百度AI交互平台通信

实现语音识别、语音合成、人脸识别功能及实时控制家电设备，与此同时将家庭

环