如何用树莓派做一个家庭语音助手/智能音箱

一、前言

这学期闲来无事，于是搞了个简单的家庭语音助手，其主要实现的功能有：

语音唤醒；
控制家电；
询问时间和日期；
询问天气情况；
查询垃圾分类；
播报新闻；
微信小程序远程控制

以下是为实现上述功能所需的底层基础：
语音合成、语音识别、多机通信、微机控制、python编程

二、底层基础实现

1）语音合成

如需了解，请移步我的另一篇博客：
《百度AI 开放平台 >>> 语音合成》

2）语音识别

如需了解，请移步我的另一篇博客：
《百度AI 开放平台 >>> 智能语音识别》

3）多机通信

可以选择使用单片机和树莓派各自的串口进行通信。

4）微机控制

就是一些单片机方面的控制，包括电平控制和输出脉冲控制，可以参照我之前的有关stm32 单片机的使用的博客：
https://blog.csdn.net/weixin_40973138/category_9282952.html

5）python编程

用树莓派最好还是使用python，比较方便，支持度也比较高。

三、主要功能实现

1）语音唤醒

所采用方案请参见我的另一篇博客 👉 《如何为DIY的智能音箱赋予语音唤醒能力》
在这里插入图片描述

实现方案：让单片机控制声音传感器，等待周围声音的触发。当检测到周围有达到一定分贝的声音时，便认为可能有用户正在对语音助手进行呼唤，于是通过串口发送指令给树莓派，树莓派接收到指令后便开始录音，当检测到音频中有关键词信息时，则可以确认是用户的呼叫，这样就实现了语音唤醒功能。
不过这个方案也有着一定的不足之处：在声音传感器检测声音信号到树莓派开始录音这一段时间不算太短，所以我们可能在喊关键词之前要先激活树莓派，等树莓派开始录音之后再喊关键词。

2）控制家电：

实现方案：树莓派检测到音频中有控制家电的关键词信息（例如开灯、关窗等），则通过串口发送指令给单片机，随即单片机通过控制电平或其他通讯方式控制家电。

3）询问时间和日期

实现方案：树莓派检测到音频中有询问时间或日期的关键词信息，调用python的datetime库的datetime.now()和time库的time.localtime(time.time())获得当前时间和日期，然后再通过语音合成将时间日期播报出来。

4）询问天气情况

可使用：和风天气API，只需要注册一个开发者账户，然后按照其开发文档的要求格式进行数据请求：

# 深圳
https://free-api.heweather.net/s6/weather/now?location=shenzhen&key=2e3adxxxxxxxxxxxxxxxxxxa704c2

然后把数据中的天气信息拿出来即可。

实现方案：树莓派检测到音频中有询问天气情况的关键词信息，通过调用和风天气API 获得某地天气信息，然后再通过语音合成将某地天气情况播报出来。

5）查询垃圾分类

可使用：https://www.mxnzp.com/api/rubbish/type?name=，只需要在这个url后面添加想要查询的垃圾名称即可，例如香蕉皮：

https://www.mxnzp.com/api/rubbish/type?name=香蕉皮

返回结果：
在这里插入图片描述
然后把其中的垃圾类别拿出来即可。

实现方案：树莓派检测到音频中有查询垃圾分类的关键词信息，通过调用查询垃圾分类API 获得垃圾类别信息，然后再通过语音合成将该垃圾所属类别播报出来。

6）播报新闻

可使用：https://github.com/public-apis/public-apis，其中包括查询新闻的API

实现方案：树莓派检测到音频中有询问新闻的关键词信息，通过调用查询新闻API 获得某类新闻信息，然后再通过语音合成将新闻播报出来。

有时说不定还要汉字转拼音什么的，可以用天行数据API

7）微信小程序远程控制

我们知道，当树莓派连接家庭WiFi 时，其并不具备公网IP，所以为了让微信小程序能够远程控制树莓派，从而控制家电的目的，我们需要对树莓派进行内网穿透，该过程可以参考我之前写到博客：
《树莓派 >>> 端口映射到公网》
如此一来，在我们的小程序端向该公网端口发送数据，我们的服务器就能够将数据转发至树莓派，从而实现控制局域网树莓派的功能。