牟曉東

功能豐富的外接傳感器一直是樹莓派等開源硬件編程的重要輸入設(shè)備，比如超聲波傳感器能夠監(jiān)測與障礙物間的距離。如果給樹莓派安裝上全向麥克風(fēng)和音箱，借助古德微積木編程，我們就可以輕松實(shí)現(xiàn)智能音箱的“語音喚醒”功能——通過特定的語音指令（比如百度AI平臺(tái)的“小度小度”）使樹莓派處于待命狀態(tài)，然后再通過語音識(shí)別將用戶的語音指令“翻譯”并執(zhí)行，完成開關(guān)燈和在屏上顯示文字信息等功能，甚至是通過音箱進(jìn)行語音對(duì)話。下面，我們就打造這樣一個(gè)“聽話”的樹莓派智能音箱。

一、實(shí)驗(yàn)器材與連接

需要使用的實(shí)驗(yàn)器材包括：樹莓派一塊，古德微擴(kuò)展板一塊，USB接口全向麥克風(fēng)一個(gè)，紅黃綠藍(lán)LED燈各一支，OLED顯示屏一塊，有源音箱一個(gè)。

將四支LED燈分別插入擴(kuò)展板的5號(hào)、6號(hào)、12號(hào)和16號(hào)插孔，注意長腿為正極、短腿為負(fù)極;仔細(xì)將OLED顯示屏的四個(gè)引腳插入I2C的Down列，注意標(biāo)注VCC、GND、SCL和SDA各引腳順序與擴(kuò)展板要一一對(duì)應(yīng);全向麥克風(fēng)插入U(xiǎn)SB接口，音箱插入樹莓派的音頻輸出圓孔;最后，插入電源線，通電啟動(dòng)系統(tǒng)（如圖1）。

二、古德微機(jī)器人平臺(tái)編程

在瀏覽器中訪問古德微機(jī)器人網(wǎng)站（http：//www.gdwrobot.cn/），登錄古德微板的賬號(hào)后點(diǎn)擊“設(shè)備控制”，進(jìn)入“積木”編程區(qū)。我們將編寫包括語音喚醒主體程序和“開燈”、“關(guān)燈”、“加油”與“自強(qiáng)”四個(gè)功能子函數(shù)。

1.主體程序

首先從“人工智能→語音識(shí)別”中調(diào)用“小度小度關(guān)鍵詞語音喚醒”模塊，創(chuàng)建一個(gè)系統(tǒng)默認(rèn)的“Wakeup新函數(shù)”;該函數(shù)的第一條語句為“播放本地音頻”，這個(gè)“本地”音頻文件是指“樹莓派系統(tǒng)/home/pi/temp/ding.mp3”文件，作用是當(dāng)語音喚醒成功后用提示音“?！眮眄憫?yīng)用戶。

“輸出調(diào)試信息‘Hello”作用是在LOG調(diào)試區(qū)分別輸出“Hello”提示信息。

接著建立“語音文字”變量，賦值為“將3秒語音輸入轉(zhuǎn)換成文字輸出”，作用是將用戶的語音指令轉(zhuǎn)換為文本信息;“輸出調(diào)試信息‘語音文字”作用是在LOG調(diào)試區(qū)輸出轉(zhuǎn)換為文本格式的語音指令。

接下來是包含五個(gè)分支的“如果…執(zhí)行…”判斷語句，前面四個(gè)都是從文本格式的語音指令中尋找是否有對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵字出現(xiàn)，這些關(guān)鍵字分別是“開”、“關(guān)”、“加油”和“自強(qiáng)”：如果指令中含有“開”（比如用戶的語音指令是“請(qǐng)開燈！”），即“從文本‘語音文字尋找第一個(gè)出現(xiàn)的文本‘開”的值不為0（條件為真），那么就調(diào)用“開燈”函數(shù);如果找到的關(guān)鍵字是“關(guān)”，則調(diào)用“關(guān)燈”函數(shù);“加油”和“自強(qiáng)”也是分別調(diào)用對(duì)應(yīng)的函數(shù)，執(zhí)行開關(guān)燈和顯示對(duì)應(yīng)信息的操作。

如果這四個(gè)條件均不成立的話，說明用戶的語音指令不是控制燈和信息顯示，則需要借助百度的智能語音功能與用戶對(duì)話。建立“回答問題”變量，賦值為“文本回答問題‘語音文字”，并且既在LOG區(qū)以文本形式顯示“答案”，同時(shí)也通過“播放語音‘回答問題”模塊在音箱中語音回答該問題（如圖2）。

2.四個(gè)子函數(shù)程序

根據(jù)相似度，四個(gè)子函數(shù)可分為兩組：“開燈”與“關(guān)燈”一組、“加油”與“自強(qiáng)”一組?！伴_燈”函數(shù)通過四個(gè)語句“控制x號(hào)小燈‘亮”來實(shí)現(xiàn)插接在5號(hào)、6號(hào)、12號(hào)和16號(hào)插孔的LED燈發(fā)光，而“關(guān)燈”函數(shù)則是四個(gè)“控制x號(hào)小燈‘滅”語句，控制四支LED燈熄滅（如圖3）。

“加油”與“自強(qiáng)”函數(shù)稍顯復(fù)雜，需要對(duì)OLED顯示屏先進(jìn)行初始化操作，接著要建立“圖片對(duì)象”變量進(jìn)行圖片模式設(shè)置（均保持默認(rèn)值），然后分別為其賦值“中國，加油！”和“吾輩當(dāng)自強(qiáng)”，并設(shè)置好文字的大小和坐標(biāo)顯示位置，最終通過“把圖片‘圖片對(duì)象顯示到OLED顯示屏”語句實(shí)現(xiàn)文字信息的顯示。添加一個(gè)5秒的等待語句，作用是控制文本信息在顯示屏上停留（否則閃一下就消失了），最后關(guān)閉OLED顯示屏（如圖4）。

程序編寫完畢，點(diǎn)擊“保存”按鈕，將程序代碼保存。

三、測試樹莓派的“語音喚醒”

打開LOG輸出區(qū)，點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕，開始對(duì)著麥克風(fēng)喊話，進(jìn)行語音喚醒測試。由于我們調(diào)用的是百度的智能語音功能，所以喚醒語句也是“小度小度”AI的智力也與百度智能音箱一致。

依次測試四個(gè)函數(shù)功能，第一條“小度小度，請(qǐng)開燈”，四支LED燈會(huì)被點(diǎn)亮;第二條語音指令：“小度小度，請(qǐng)關(guān)燈”，四支LED燈應(yīng)熄滅;第三條語音指令：“小度小度，加油”，OLED屏上應(yīng)顯示“中國，加油！”（5秒后關(guān)閉）;第四條語音指令：“小度小度，自強(qiáng)”，OLED屏上應(yīng)顯示“吾輩當(dāng)自強(qiáng)”。

再測試非預(yù)定指令，發(fā)出第五條語音指令：“小度小度，背首唐詩聽聽”，音箱語音輸出“不給你聽”，LOG區(qū)也同步有語音指令的對(duì)應(yīng)文字及回答的文字顯示（如圖4）。

根據(jù)實(shí)際測試，需要注意的是，一是語音喚醒必須先說“小度小度”，稍停，聽到音箱中發(fā)出“叮”的一聲后再發(fā)出諸如“請(qǐng)開燈”的語音指令，因?yàn)椤靶《刃《取笔浅绦虻哪J(rèn)喚醒關(guān)鍵詞;二是語音指令需要簡短明確，很多語音指令都能“喚醒”控制LED發(fā)光，比如“一分鐘之內(nèi)馬上開燈”、“不要開燈”，甚至是“開個(gè)玩笑吧”，只要語音指令中能夠被檢測到有“開”這個(gè)關(guān)鍵字便會(huì)調(diào)用“開燈”函數(shù)——除非LED燈發(fā)光時(shí)再發(fā)“開燈”指令，好像是“無效”的（其實(shí)是重復(fù)執(zhí)行了“開燈”操作）;三是主體程序中的最后一個(gè)判斷分支是個(gè)“開放式”語音指令（除了前四種可能之外的其他各種可能），樹莓派就會(huì)進(jìn)行智能判斷并給出較為合理的回答，舉例：“唱首歌聽聽”——回答：“別人唱歌要錢，我唱歌要命，你可想好了？”、“謝謝你”——回答：“別，客，氣”，第二次要求“背首唐詩聽聽”——回答：“唐詩三百首，背完了，才五個(gè)字，忒簡單”。

當(dāng)然，這些“智能”回答都是網(wǎng)站平臺(tái)背后的數(shù)據(jù)庫對(duì)應(yīng)記錄的映射調(diào)用，但趣味性極強(qiáng)，非常適合低年齡段學(xué)生進(jìn)行對(duì)話測試，提高他們對(duì)開源硬件編程的學(xué)習(xí)興趣。