ai语音识别交互系统的设计【字数：9180】
摘 要随着现代生活质量的日益提高以及物联网技术的不断更新换代，普通用户对人机交互的方式有了更深的需求。目前人机交互最新的应用方向即为智能语音技术，其主要产品即为当前流行的各式各样的智能音箱，车载语音系统等等[1]。然而单一的语音聊天不能满足人们更深层次的需求，因此在今后的一段时间当中，将语音识别与家居互联才是主要应用方向。本论文是以语音识别交互的开发为研究方向，以树莓派为核心，外接麦克风、显示屏、继电器等设备设计出AI语音交互终端，以Python3编程语言对百度AI语音识别、合成、腾讯智能闲聊进行二次开发设计出AI语音交互系统。最终可实现闲聊对话、获取天气预报、控制家居电器等功能，达到提升用户对语音交互体验的目的。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 课题功能及要求 2
1.4 论文的组织结构安排 2
第二章 课题方案设计 3
2.1整体设计 3
2.2模块功能 3
第三章 硬件电路设计 4
3.1树莓派介绍 4
3.2语音处理模块设计 4
3.3显示模块设计 5
3.4继电器控制模块设计 6
3.5状态提示模块设计 6
3.6 WiFi通信模块介绍 7
第四章 系统软件设计 8
4.1概述 8
4.2主程序设计 8
4.3子程序设计 9
4.3.1语音唤醒程序设计 9
4.3.2语音识别程序设计 10
4.3.3智能闲聊程序设计 10
4.3.4语音合成程序设计 11
4.3.5状态提示程序设计 12
4.3.6继电器控制程序设计 12
第五章 系统检验与调试 14
5.1 麦克风阵列检验 14
5.2 软件的功能性检验 14
5.3 软件的移植与调试 14
5.3.1软件的移植 14
5.3.2软件的调试 14
5.4总体实现功能 15
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
/> 5.5前景和展望 15
结束语 16
致 谢 17
参考文献 18
附录A 原理图 19
附录B 程序代码 21
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
在人工智能没有广泛应用之前，人们对于信息的获取往往是借助于电视，报纸以及其他互联网站点等等，对于电器的操作往往也是通过手工的方式进行。这些手动的操作都大大降低了人们的做事效率。如何通过简单的对话就能完成上述的操作，逐渐成为了人们的研究对象。
伴随着物联网技术及人工智能的不断发展，传统电器的手动操作改为语音控制已是大势所趋。然而现有家居控制系统在语音识别云平台选择上相对被动并且缺少对用户行为的分析。但是随着各大互联网公司陆续开发出一系列的人工智能产品，硬件和软件的结合变得更加容易。
国外亚马逊、谷歌、苹果等大型互联网公司的语音识别技术已经发展成熟且相应的产品也不断展现，如亚马逊的 Echo，谷歌的 Google Xbox，苹果的 Siri[2]。这些产品不仅能够解放人们的双手，还能够给用户带来更强的娱乐性。同时国内在语音识别方面也取得了重大突破，如百度、腾讯、京东等公司已搭建了自己的语音识别引擎，广大程序员可通过调用平台提供的API接口来获得相应的结果。这一系列的发展使得生态圈变得更加丰富和完善，开发者可以轻松的借助大公司的平台和技术，快速的搭建一款语音交互产品，远程监控、环境自动控制、电器的远程操作、网络信息获取、安全防范、家庭娱乐等都是智能家居带给我们的体验[3]。
1.2 国内外研究现状
智能语音的现实应用最早可以追溯到1952年美国贝尔实验室制造的自动数字识别机”Audrey”，这款机器可以识别0到9的数字发音，且准确率高达90%以上。但是该机器识别能力单一，距离真正的实际应用还有着遥不可及的距离。不过有了先驱，必然就有后继者。随后，美国各个实验室及其他国家陆陆续续开发出更先进的机器。这些机器在吸引着人们眼球的同时，也为后续的智能语音识别奠定了道路方向。
传统的语音技术仅仅只能完成对声音的采集和识别，而不能对语音作出理解和反馈，这就限制了其生产应用。而与传统的语音识别系统不同，智能语音交互系统更加突出两个亮点，即智能和交互。这使得搭载了智能语音交互系统的设备可以理解人们的指令并做出相应的动作，且消费者受众群体更加的广泛。
近些年来，随着人工智能的快速发展，中外各国在智能语音识别领域均取得了突出成就。2011年初，微软的深度神经网络模型在语音搜索任务上取得了极大成功。同年，国内的互联网公司科大讯飞将深度神经网络模型第一次成功应用到中文语音识别方向，并通过公司的AI开放平台提供给中国的程序员使用。
而到了2014年，随着搭载了个人手机助理Siri的iPhone4s发布，人机交互掀开了新的篇章，用户可以通过对Siri发送语音指令，就能完成过去可能需要几步甚至更多步骤才能完成的功能。
到了2014年，智能语音有了更加明确的应用方向。美国的亚马逊公司率先在美国推出了人工智能语音识别音箱Echo。而不甘落后的另一家美国互联网巨头谷歌公司随后在2016年发布了Google Home。在智能音箱方面，国内起步较晚，在2017年，国内以BAT为首的科技公司，先后发布了自家的智能音箱，标志着智能语音元年的到来。
如今智能语音已然深入人心，人们对于生活的品质有了更高的要求，由此可见智能语音的前景是一片光明。
1.3 课题功能及要求
本论文的课题为AI语音识别交互系统，该系统能够实时监听用户发出的语音热词而被唤醒，唤醒之后能够与用户进行一对一对话，在用户特定指令下能够通过继电器控制外部电器设备。
1.4 论文的组织结构安排
本论文总共分为六章，其各章的主要内容如下：
第一章 绪论：首先提出了AI语音识别交互系统的重要性，紧接着叙述了AI语音识别发展的历史和国内外对于该方向的研究成果。通过对中外各国现今出现的语音识别交互产品展开的一些分析，引出设计基于树莓派的AI语音识别交互系统的重要性。
第二章：讲述了系统的整体方案设计，并大致描述其各个模块的功能以及软硬件的整体协作。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 课题功能及要求 2
1.4 论文的组织结构安排 2
第二章 课题方案设计 3
2.1整体设计 3
2.2模块功能 3
第三章 硬件电路设计 4
3.1树莓派介绍 4
3.2语音处理模块设计 4
3.3显示模块设计 5
3.4继电器控制模块设计 6
3.5状态提示模块设计 6
3.6 WiFi通信模块介绍 7
第四章 系统软件设计 8
4.1概述 8
4.2主程序设计 8
4.3子程序设计 9
4.3.1语音唤醒程序设计 9
4.3.2语音识别程序设计 10
4.3.3智能闲聊程序设计 10
4.3.4语音合成程序设计 11
4.3.5状态提示程序设计 12
4.3.6继电器控制程序设计 12
第五章 系统检验与调试 14
5.1 麦克风阵列检验 14
5.2 软件的功能性检验 14
5.3 软件的移植与调试 14
5.3.1软件的移植 14
5.3.2软件的调试 14
5.4总体实现功能 15
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
/> 5.5前景和展望 15
结束语 16
致 谢 17
参考文献 18
附录A 原理图 19
附录B 程序代码 21
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
在人工智能没有广泛应用之前，人们对于信息的获取往往是借助于电视，报纸以及其他互联网站点等等，对于电器的操作往往也是通过手工的方式进行。这些手动的操作都大大降低了人们的做事效率。如何通过简单的对话就能完成上述的操作，逐渐成为了人们的研究对象。
伴随着物联网技术及人工智能的不断发展，传统电器的手动操作改为语音控制已是大势所趋。然而现有家居控制系统在语音识别云平台选择上相对被动并且缺少对用户行为的分析。但是随着各大互联网公司陆续开发出一系列的人工智能产品，硬件和软件的结合变得更加容易。
国外亚马逊、谷歌、苹果等大型互联网公司的语音识别技术已经发展成熟且相应的产品也不断展现，如亚马逊的 Echo，谷歌的 Google Xbox，苹果的 Siri[2]。这些产品不仅能够解放人们的双手，还能够给用户带来更强的娱乐性。同时国内在语音识别方面也取得了重大突破，如百度、腾讯、京东等公司已搭建了自己的语音识别引擎，广大程序员可通过调用平台提供的API接口来获得相应的结果。这一系列的发展使得生态圈变得更加丰富和完善，开发者可以轻松的借助大公司的平台和技术，快速的搭建一款语音交互产品，远程监控、环境自动控制、电器的远程操作、网络信息获取、安全防范、家庭娱乐等都是智能家居带给我们的体验[3]。
1.2 国内外研究现状
智能语音的现实应用最早可以追溯到1952年美国贝尔实验室制造的自动数字识别机”Audrey”，这款机器可以识别0到9的数字发音，且准确率高达90%以上。但是该机器识别能力单一，距离真正的实际应用还有着遥不可及的距离。不过有了先驱，必然就有后继者。随后，美国各个实验室及其他国家陆陆续续开发出更先进的机器。这些机器在吸引着人们眼球的同时，也为后续的智能语音识别奠定了道路方向。
传统的语音技术仅仅只能完成对声音的采集和识别，而不能对语音作出理解和反馈，这就限制了其生产应用。而与传统的语音识别系统不同，智能语音交互系统更加突出两个亮点，即智能和交互。这使得搭载了智能语音交互系统的设备可以理解人们的指令并做出相应的动作，且消费者受众群体更加的广泛。
近些年来，随着人工智能的快速发展，中外各国在智能语音识别领域均取得了突出成就。2011年初，微软的深度神经网络模型在语音搜索任务上取得了极大成功。同年，国内的互联网公司科大讯飞将深度神经网络模型第一次成功应用到中文语音识别方向，并通过公司的AI开放平台提供给中国的程序员使用。
而到了2014年，随着搭载了个人手机助理Siri的iPhone4s发布，人机交互掀开了新的篇章，用户可以通过对Siri发送语音指令，就能完成过去可能需要几步甚至更多步骤才能完成的功能。
到了2014年，智能语音有了更加明确的应用方向。美国的亚马逊公司率先在美国推出了人工智能语音识别音箱Echo。而不甘落后的另一家美国互联网巨头谷歌公司随后在2016年发布了Google Home。在智能音箱方面，国内起步较晚，在2017年，国内以BAT为首的科技公司，先后发布了自家的智能音箱，标志着智能语音元年的到来。
如今智能语音已然深入人心，人们对于生活的品质有了更高的要求，由此可见智能语音的前景是一片光明。
1.3 课题功能及要求
本论文的课题为AI语音识别交互系统，该系统能够实时监听用户发出的语音热词而被唤醒，唤醒之后能够与用户进行一对一对话，在用户特定指令下能够通过继电器控制外部电器设备。
1.4 论文的组织结构安排
本论文总共分为六章，其各章的主要内容如下：
第一章 绪论：首先提出了AI语音识别交互系统的重要性，紧接着叙述了AI语音识别发展的历史和国内外对于该方向的研究成果。通过对中外各国现今出现的语音识别交互产品展开的一些分析，引出设计基于树莓派的AI语音识别交互系统的重要性。
第二章：讲述了系统的整体方案设计，并大致描述其各个模块的功能以及软硬件的整体协作。
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