CN106683674A - 利用语音控制智能家居的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用语音控制智能家居的系统及方法，本发明的系统包括中控主机、消息处理服务器、用户终端、智能家居设备。本发明方法的具体步骤是，用户终端接收并转发用户语音消息给消息处理服务器，消息处理服务器解析、处理语音消息转化为智能家居控制指令，发送给中控主机，然后中控主机适配多种智能家居设备控制协议，转化为目标智能家居设备控制指令发送给智能家居设备，最终智能家居设备执行目标智能家居设备控制指令。本发明具有支持远距离语音控制，语义理解智能，接入成本低的优点。具备良好的实用性和可实施性。

Description

利用语音控制智能家居的系统及方法

技术领域

本发明属于物理技术领域，更进一步涉及智能家居技术领域中的一种利用语音控制智能家居的系统及方法。本发明可经过用户终端的语音，实现具有接收远程控制指令的智能家居设备进行功能控制。

背景技术

智能家居设备是传统家居设备与物联网结合产生的家居产品。相比接受人工按键的传统家居设备，智能家居设备能够接受远程控制指令。智能家居给人们的生活带来了极大的方便。

南京国之鑫科技有限公司拥有的专利技术“一种基于物联网的智能家居远程控制系统”(专利申请号201110425691.6，授权公告号CN 103166814 B)中公开了一种智能家居控制系统。该系统包含包括智能控制终端、家庭主机、注册服务器以及家用电器；在广域网中设置一个注册服务器，通过该注册方式，终端得到要远程控制设备的IP地址，实现端到端网络消息传递，使的智能控制终端可以通过广域网来控制另一个局域网中的设备，而且智能控制终端ID号是通过家庭主机局域网注册到注册服务器上的终端，只有经过注册的终端才能在远端控制家居设备。该系统中存在的不足之处是：一是，智能控制终端直接与家庭主机相连接，局域网中的家庭主机通常没有公网连接地址，使用受限；二是，家庭主机直接将控制信息发送到家用电器，家用电器通常使用不同的通信协议，无法兼容不同通信协议的家用电器。

广州市聚晖电子科技有限公司拥有的专利技术“一种基于蓝牙传输的智能家居语音控制系统及方法”(专利申请号201010613385.0，授权公告号CN 102111314 B)中公开了一种基于蓝牙传输的智能家居语音控制系统及方法。该系统包含：智能手机终端，包括蓝牙设备及语音输入设备，用于前端的语音采集及蓝牙发送；中控器，包括蓝牙设备，用于接收智能手机终端通过蓝牙发送过来的语音数据，并对所述语音数据进行分析，并向控制器端发送目标控制信号。该系统的不足是：述控制器基于FPGA通过RS232接口，只能控制以太网接口的智能家居设备，对于其他协议接口的设备无法控制。该方法包含以下步骤：采集语音数据，并分析所述语音数据得到目标控制信号；通过中控器寻找匹配的和设定匹配蓝牙设备对应的智能家居设备；向所述对应的智能家居设备传输目标控制信号进行控制。该方法存在的不足：一是，使用蓝牙进行信号传输，蓝牙传输距离有限，无法远距离控制；二是，使用模版比对模块与模板文件对比，无法使用文字消息分词后的语法信息，理解能力有限。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种利用语音控制智能家居设备的系统和方法，使得用户能够通过语音，进行远程的智能家居设备控制，并且能够控制不同品牌、使用不同控制协议的智能家居设备。

本发明的基本思路是：本发明的系统包括中控主机、消息处理服务器、用户终端、智能家居设备，用户终端接收并转发用户语音消息给消息处理服务器，消息处理服务器解析、处理语音消息转化为智能家居控制指令，发送给中控主机，然后中控主机适配多种智能家居设备控制协议，转化为目标智能家居设备控制指令发送给智能家居设备，最终智能家居设备执行目标智能家居设备控制指令。

为了实现上述目的，本发明的系统包括中控主机、消息处理服务器、用户终端、智能家居设备；其中，

所述中控主机包含设备管理模块、指令解析模块、指令适配模块、指令发送模块；所述的设备管理模块，用于注册智能家居设备描述信息；所述的指令解析模块，用于提取智能家居设备控制指令中的指令对象，得到与指令对象所对应的目标智能家居设备；所述的指令适配模块，用于检索目标智能家居设备的描述信息，得到目标智能家居设备的控制协议，并按照控制协议，对智能家居设备控制指令进行适配，得到符合控制协议的目标智能家居设备控制指令；所述的指令发送模块，用于发送目标智能家居设备控制指令给目标智能家居设备；

所述消息处理服务器包含语音识别模块、语义解析模块、家居服务模块；所述的语音识别模块，用于将语音消息进行语音识别后转化为文字消息；所述的语义解析模块，用于对文字消息进行语义解析，转化为智能家居设备控制指令；所述的家居服务模块，用于接受中控主机的注册，存储包含有认证信息、地址信息的中控主机信息，并通过与中控主机之间的网络连接，将智能家居设备控制指令发送给中控主机；

所述用户终端，用于接收用户语音消息，并将语音消息通过网络转发给消息处理服务器；

所述智能家居设备，按照接收的目标智能家居设备控制指令，执行相应的指令操作。

为了实现上述目的，本发明方法的具体步骤：

(1)注册智能家居设备描述信息：

智能家居设备的安装者，通过中控主机中的设备管理模块，向中控主机注册智能家居设备描述信息；

(2)注册中控主机信息：

中控主机通过网络向消息处理服务器中的家居服务模块上传包含有认证信息、地址信息的中控主机信息，并保持与家居服务模块之间的网络连接；

(3)接收并发送语音消息：

(3a)用户通过用户终端发出控制智能家居设备的声音信号；

(3b)用户终端接收用户的语音消息，并将语音消息通过网络转发给消息处理服务器；

(4)转化语音消息：

(4a)消息处理服务器中的语音识别模块，将语音消息进行语音识别后转化为文字消息；

(4b)消息处理服务器中的语义解析模块，对文字消息进行语义解析，转化为智能家居设备控制指令；

(5)发送智能家居设备控制指令：

消息处理服务器中的家居服务模块，通过与中控主机之间的网络连接，将智能家居设备控制指令发送给中控主机；

(6)适配智能家居设备控制指令：

(6a)中控主机中的指令解析模块，提取智能家居设备控制指令中的指令对象，得到与指令对象所对应的目标智能家居设备；

(6b)中控主机中的指令适配模块，检索目标智能家居设备的描述信息，得到目标智能家居设备的控制协议；

(6c)中控主机中的指令适配模块，按照控制协议，对智能家居设备控制指令进行适配，得到符合控制协议的目标智能家居设备控制指令；

(7)发送目标智能家居设备控制指令：

中控主机中的指令发送模块，发送目标智能家居设备控制指令给目标智能家居设备；

(8)执行目标智能家居设备控制指令：

目标智能家居设备接收目标智能家居设备控制指令，执行相应的指令操作。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

第一，本发明使用中控主机，通过网络向消息处理服务器中的家居服务模块上传包含有认证信息、地址信息的中控主机信息，保持与消息处理服务器家居服务模块的网络连接，消息处理服务器使用家居服务模块，接受中控主机的注册，存储中控主机信息，通过与中控主机的网络连接，将智能家居设备控制指令发送给中控主机，克服了现有技术家庭主机通常没有公网连接地址的缺点，使得本发明的方法不再需要中控主机具有公网网络地址，使用范围更广泛，降低了接入成本。

第二，本发明在中控主机中采用指令适配模块，检索目标智能家居设备的描述信息，得到目标智能家居设备的控制协议，并按照控制协议，对智能家居设备控制指令进行适配，克服了现有技术无法兼容使用不同通信协议的家用电器缺点，使得本发明的系统能够兼容使用不同通信协议的智能家居设备。

第三，本发明在消息处理服务器中采用语义解析模块，对文字消息进行语义解析，转化为智能家居设备控制指令，克服了现有技术直接使用模版比对模块与模板文件对比，无法使用文字消息分词得到的语法信息，理解能力有限的缺点，使得本发明系统的语义理解能力得到提升，能更智能的生成智能家居设备控制指令。

第四，本发明使用用户终端接收用户的语音消息，并将语音消息通过网络转发给消息处理服务器，克服了使用蓝牙进行信号传输，蓝牙传输距离有限，无法远距离控制的缺点，使得本发明的方法可以实现远距离使用语音对智能家居设备进行控制。

附图说明

图1为本发明系统的结构示意图；

图2为本发明方法的流程图；

图3为本发明方法步骤(4b)的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

下面结合附图1，对本发明的系统做进一步描述。

本发明的系统，包括中控主机、消息处理服务器、用户终端、智能家居设备。

所述中控主机，用于向消息处理服务器中的家居模块注册中控主机信息，并保持与消息处理服务器家居服务模块的网络连接，接收消息处理服务器发送的智能家居设备控制指令，依据目标智能家居设备控制协议，转化为目标智能家居设备控制指令，并发送目标智能家居设备控制指令给目标智能家居设备。

所述中控主机包含设备管理模块、指令解析模块、指令适配模块、指令发送模块；所述的设备管理模块，用于注册智能家居设备描述信息；所述的指令解析模块，用于提取智能家居设备控制指令中的指令对象，得到与指令对象所对应的目标智能家居设备；所述的指令适配模块，用于检索目标智能家居设备的描述信息，得到目标智能家居设备的控制协议，并按照控制协议，对智能家居设备控制指令进行适配，得到符合控制协议的目标智能家居设备控制指令；所述的指令发送模块，用于发送目标智能家居设备控制指令给目标智能家居设备。

所述消息处理服务器，用于接收用户终端的语音消息，对语音消息进行解析处理，转化为智能家居设备控制指令，并将智能家居设备控制指令发送给中控主机。

所述消息处理服务器包含语音识别模块、语义解析模块、家居服务模块；所述的语音识别模块，用于将语音消息进行语音识别后转化为文字消息；所述的语义解析模块，用于对文字消息进行语义解析，转化为智能家居设备控制指令；所述的家居服务模块，用于接受中控主机的注册，存储包含有认证信息、地址信息的中控主机信息，并通过与中控主机之间的网络连接，将智能家居设备控制指令发送给中控主机。

所述用户终端，用于接收用户语音消息，并将语音消息通过网络转发给消息处理服务器；所述用户终端可以是智能手机、笔记本电脑、个人计算机、个人数字助理、移动互联网设备、智能可穿戴设备(如智能手表、智能手环)各类用户终端。

所述智能家居设备，按照接收的目标智能家居设备控制指令，执行相应的指令操作。本发明实施例中，智能家居设备包括空调、洗衣机、冰箱、热水器、电饭煲、灯、窗帘以及门。

用户终端可以以无线(包括Wi-Fi/2G/3G/4G网络)或有线的方式与消息处理服务器通信；所述智能家居设备与中控主机的通信方式包括Zigbee，Z-wave，433，315,Wifi，蓝牙等通信方式。

本实例还包括一些其他辅助系统：终端与消息处理服务端，以及消息处理服务端与中控主机通信的认证加密系统；非即时任务系统，用来实现一些定时任务，例如用户要在未来指定的时间打开智能家居设备。

下面结合附图2，对本发明的方法做进一步描述，其步骤如下：

步骤1，注册智能家居设备描述信息：

智能家居设备的安装者，通过中控主机设备管理模块，向中控主机注册智能家居设备描述信息。所述注册的描述信息包含设备名称、设备控制方式、控制协议、设备功能。在本实施例中，中控主机设备管理模块，通过提供UI界面的方式，智能家居设备的安装者，填入需要的描述信息。

步骤2，注册中控主机信息：

中控主机通过网络向消息处理服务器中的家居服务模块上传包含有认证信息、地址信息的中控主机信息，并保持与消息处理服务器家居服务模块的网络连接。由中控主机主动发起网络连接，而不是被动接受网络连接，这样即使中控主机没有公网IP地址，也可以进行语音控制。

步骤3，接收并发送语音消息：

第一步，用户通过用户终端发出控制智能家居设备的声音信号；

第二步，用户终端接收用户的语音消息，并将语音消息通过网络转发给消息处理服务器；

步骤4，转化语音消息：

第一步，消息处理服务器中的语音识别模块，将语音消息进行语音识别后转化为文字消息。由于语音识别模块接入了语音云计算平台，识别效果好，甚至可以识别各地方言。

第二步，消息处理服务器中的语义解析模块，对文字消息进行语义解析，转化为智能家居设备控制指令。

由于汉语不像英文，在句子中的词之间没有空格分格，语义解析单单靠模版匹配的方式效果有限。本方法采用了先分词，再用分词结果进行模版匹配的方式实现语义解析。下面结合附图3，对所述语义解析的具体步骤进一步描述：

第1步，从智能家居语料库中统计语义解析所需使用的词，及与该词相关的词频、属性标记，并将它们组成语料字典；

第2步，将文字消息中的每个汉字作为一个节点，并按照所选汉字的先后顺序，依次使前一个节点指向后一个节点，由所有的节点及其指向组成有向无环图DAG；

第3步，从文字消息中未选过的连续汉字子串中任选一个连续汉字子串；

第4步，检查所选的汉字子串是否在语料字典的词中，若是，则执行第5步，否则，执行第10步；

第5步，将所选的汉字子串节点添加到有向无环图中；

第6步，检查文字消息中新添加的汉字子串前面是否存在汉字，若是，则执行第7步，否则，执行第8步；

第7步，选取新添加的汉字子串前面一个汉字，将所选取的汉字的节点指向新添加的汉字子串节点；

第8步，检查文字消息中新添加的汉字子串后面是否存在汉字，若是，则执行第9步，否则，执行第10步；

第9步，选取新添加的汉字子串后面一个汉字，将新添加的汉字子串节点指向所选取的汉字节点；

第10步，检查是否选完文字消息中所有连续汉字子串，若是，则执行第11步，否则，执行第3步；

第11步，采用动态规划的算法，查找有向无环图中节点词频和最大路径；

第12步，将最大路径上的所有节点组成一个数组，作为分词结果；

第13步，将分词结果中的数组，按照分词模版中的匹配规则进行正则表达式匹配，依据匹配成功的规则，从数组中提取指令对象、目标动作，生成智能家居设备指令。

步骤5，发送智能家居设备控制指令：

消息处理服务器通过家居服务模块，通过与中控主机的网络连接，将智能家居设备控制指令发送给中控主机。

步骤6，适配智能家居设备控制指令：

第一步，中控主机中的指令解析模块，提取智能家居设备控制指令中的指令对象，得到与指令对象所对应的目标智能家居设备；

第二步，中控主机中的指令适配模块，检索目标智能家居设备的描述信息，得到目标智能家居设备的控制协议；

第三步，中控主机中的指令适配模块，按照控制协议，对智能家居设备控制指令进行适配，得到符合控制协议的目标智能家居设备控制指令；

当下的智能家居设备，使用各种各样的通信方式、协议，所述指令适配模块作用就是将收到的智能家居控制指令翻译成为适配不同厂家使用不同通信方式、通信协议的目标智能家居设备控制指令。

步骤7，发送目标智能家居设备控制指令：

中控主机中的指令发送模块，发送目标智能家居设备控制指令给目标智能家居设备；由于不同的协议可能使用不同的硬件，具体的目标智能家居设备控制指令可能会使用不同的硬件发送。

于一种具体实施方式中，所述目标智能家居设备指令使用协议指令为315协议指令，指令发送模块使用315无线硬件发送目标智能家居设备控制指令；于另一种具体实施方式中，所述目标智能家居设备指令使用协议指令为433协议指令，指令发送模块使用433无线硬件发送目标智能家居设备控制指令；于另一种具体实施方式中，所述目标智能家居设备指令使用协议指令为红外协议指令，指令发送模块使用红外无线硬件发送目标智能家居设备控制指令；于另一种具体实施方式中，所述目标智能家居设备指令使用协议指令为Zigbee协议指令，指令发送模块使用ZigBee无线硬件发送目标智能家居设备控制指令。

步骤8，执行目标智能家居设备控制指令：

目标智能家居设备接收目标智能家居设备控制指令，执行相应操作。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种利用语音控制智能家居设备的系统，包括中控主机、消息处理服务器、用户终端、智能家居设备；其中，

所述中控主机包含设备管理模块、指令解析模块、指令适配模块、指令发送模块；所述的设备管理模块，用于注册智能家居设备描述信息；所述的指令解析模块，用于提取智能家居设备控制指令中的指令对象，得到与指令对象所对应的目标智能家居设备；所述的指令适配模块，用于检索目标智能家居设备的描述信息，得到目标智能家居设备的控制协议，并按照控制协议，对智能家居设备控制指令进行适配，得到符合控制协议的目标智能家居设备控制指令；所述的指令发送模块，用于发送目标智能家居设备控制指令给目标智能家居设备；

所述消息处理服务器包含语音识别模块、语义解析模块、家居服务模块；所述的语音识别模块，用于将语音消息进行语音识别后转化为文字消息；所述的语义解析模块，用于对文字消息进行语义解析，转化为智能家居设备控制指令；所述的家居服务模块，用于接受中控主机的注册，存储包含有认证信息、地址信息的中控主机信息，并通过与中控主机之间的网络连接，将智能家居设备控制指令发送给中控主机；

所述用户终端，用于接收用户语音消息，并将语音消息通过网络转发给消息处理服务器；

所述智能家居设备，按照接收的目标智能家居设备控制指令，执行相应的指令操作。

2.一种利用语音控制智能家居设备的方法，包括以下步骤：

(1)注册智能家居设备描述信息：

智能家居设备的安装者，通过中控主机中的设备管理模块，向中控主机注册智能家居设备描述信息；

(2)注册中控主机信息：

中控主机通过网络向消息处理服务器中的家居服务模块上传包含有认证信息、地址信息的中控主机信息，并保持与家居服务模块之间的网络连接；

(3)接收并发送语音消息：

(3a)用户通过用户终端发出控制智能家居设备的声音信号；

(3b)用户终端接收用户的语音消息，并将语音消息通过网络转发给消息处理服务器；

(4)转化语音消息：

(4a)消息处理服务器中的语音识别模块，将语音消息进行语音识别后转化为文字消息；

(4b)消息处理服务器中的语义解析模块，对文字消息进行语义解析，转化为智能家居设备控制指令；

(5)发送智能家居设备控制指令：

消息处理服务器中的家居服务模块，通过与中控主机之间的网络连接，将智能家居设备控制指令发送给中控主机；

(6)适配智能家居设备控制指令：

(6a)中控主机中的指令解析模块，提取智能家居设备控制指令中的指令对象，得到与指令对象所对应的目标智能家居设备；

(6b)中控主机中的指令适配模块，检索目标智能家居设备的描述信息，得到目标智能家居设备的控制协议；

(6c)中控主机中的指令适配模块，按照控制协议，对智能家居设备控制指令进行适配，得到符合控制协议的目标智能家居设备控制指令；

(7)发送目标智能家居设备控制指令：

中控主机中的指令发送模块，发送目标智能家居设备控制指令给目标智能家居设备；

(8)执行目标智能家居设备控制指令：

目标智能家居设备接收目标智能家居设备控制指令，执行相应的指令操作。

3.根据权利要求2所述的利用语音控制智能家居设备的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的描述信息包含设备名称、设备控制方式、控制协议、设备功能。

4.根据权利要求2所述的利用语音控制智能家居设备的方法，其特征在于，步骤(4b)中所述对文字消息进行语义解析的具体步骤如下：

第1步，从智能家居语料库中统计语义解析所需使用的词，及与该词相关的词频、属性标记，并将它们组成语料字典；

第2步，将文字消息中的每个汉字作为一个节点，并按照所选汉字的先后顺序，依次使前一个节点指向后一个节点，由所有的节点及其指向组成有向无环图DAG；

第3步，从文字消息中未选过的连续汉字子串中任选一个连续汉字子串；

第4步，检查所选的汉字子串是否在语料字典的词中，若是，则执行第5步，否则，执行第10步；

第5步，将所选的汉字子串节点添加到有向无环图中；

第6步，检查文字消息中新添加的汉字子串前面是否存在汉字，若是，则执行第7步，否则，执行第8步；

第7步，选取新添加的汉字子串前面一个汉字，将所选取的汉字的节点指向新添加的汉字子串节点；

第8步，检查文字消息中新添加的汉字子串后面是否存在汉字，若是，则执行第9步，否则，执行第10步；

第9步，选取新添加的汉字子串后面一个汉字，将新添加的汉字子串节点指向所选取的汉字节点；

第10步，检查是否选完文字消息中所有连续汉字子串，若是，则执行第11步，否则，执行第3步；

第11步，采用动态规划的算法，查找有向无环图中节点词频和最大路径；

第12步，将最大路径上的所有节点组成一个数组，作为分词结果；

第13步，将分词结果中的数组，按照分词模版中的匹配规则进行正则表达式匹配，依据匹配成功的规则，从数组中提取指令对象、目标动作，生成智能家居设备指令。