1 项目概况 1.1 背景与基础

　　在人工智能、大数据、云计算、5G等技术的推动下，智能家居开始进入快速发展阶段，逐渐取代传统家居。 2019年政府工作报告中明确的政策导向证明“智能+”在我国有着广阔的前景。 36氪《智能家居行业研究报告》预计，2023年中国智能家居市场规模将突破5000亿元，我国各大传统家电巨头和互联网家电企业竞相抢占市场。

　　根据 Forrester Research 的最新预测，在智能音箱快速普及的推动下，美国智能家居设备的安装数量将从 2016 年的 2400 万台增至 2022 年的 2.44 亿台。 尽管智能家居市场广阔、产品类型丰富，但其生态链仍不完善。 不同品牌的智能家居设备之间缺乏网络连接。 此外，大多数家庭设备必须依赖于单独的APP，使得智能家居系统不兼容。 存在兼容性、操作复杂、功能单一等问题。 此外，目前市场上大多数智能设备的价格普遍较高，阻碍了智能家居的普及和效率。 此外，随着空巢老人数量不断增加，越来越多的年轻人开始独居，单身经济将成为未来一大发展趋势。

　　为此，简化智能家居设备的操作、提高智能家居的安全性、降低智能家居的使用成本、提供多样化功能的家居系统是智能家居行业快速发展的基础。

　　 1.2 场景与价值

　　近年来，人工智能、大数据、云计算、5G等技术快速发展。 这些高端技术已逐渐应用于智能家居的研发中。 时至今日，已经有了很多研发成果，但普遍仍存在以下问题：

　　没有标准化、统一的行业标准，不同厂商开发的智能家居系统互不兼容，用户选择有限，使用成本高昂。 智能家居设备的安装和使用步骤过于复杂，进入门槛较高。 依赖APP的智能家居系统对于家庭隐私和设备的安全可靠性因素较低，风险较高。

　　 4）目前智能家具产品还处于数字家庭阶段。 其主要功能是多维远程控制，无法根据用户需求自动提供个性化服务。 智力水平相对较低。 由于噪声的存在，语音识别的准确率会大大降低。

　　针对上述问题，本系统做了以下设计和改进：

　　 1）针对问题1，本系统计划采用价格低廉但功能强大的处理器Raspberry Pi为用户开发全屋智能家居，可以降低产品成本，同时也满足用户所需的日常功能。

　　 2）针对问题2，本系统整体采用语音控制。 用户只需发出唤醒词唤醒并发送相应的语音指令即可完成指定功能。 用户无需停下正在做的事情来操作即可达到目的，使用起来更加简单。

　　 3）关于问题三，本系统不依赖任何APP。 为了保护用户的隐私，防止非家庭成员的侵入，在语音控制端采用指定关键字唤醒，在硬件控制端采用人脸识别检测。 软件控制端采用邮件提醒，三层防护机制提高了智能家居的安全性和可靠性。 针对问题四，本系统计划采用VAD算法对用户的语音命令进行去噪，消除一些无效的背景噪声，提高语音识别的准确率。 针对问题五，该系统计划通过离线使用人脸识别、语音识别、文本识别等经过训练的网络模型，实现语音聊天、安全系统定制、用户意图预测等个性化功能。

　　基于以上分析，系统目前设计并实现了以下功能：语音唤醒、智能聊天、硬件控制、待办事项提醒。 其中，智能聊天包括垃圾分类、生活指南、天气状况、语音聊天功能； 硬件控制包括家电控制、智能门禁、智能门铃功能。 下图详细列出了本系统的功能需求。

　　注：待办事项提醒功能已升级为智能语音提醒。

　　 2 项目规划 2.1 总体目标

　　系统分为两种模式，一种是主模式，一种是访客模式。 在主模式下，用户只需唤醒系统即可让它执行所需的功能，旨在为用户提供更简单、更便捷的家居生活。 访客模式主要是为了客人来访而设计的。 如果客人到来而家中无人，系统会拍照并发送给主人，以便主人实时掌握家里的访客记录。 它还提供消息功能。 客人留言后，系统会将留言内容发送至业主邮箱。 简而言之，系统通过用户发送不同的语音命令或操作来执行不同的功能，从而达到语音控制的效果。 系统设计流程如下图所示：

　　用户通过唤醒词“一米”唤醒系统，发送语音命令进行控制，让系统执行所需的功能。

　　硬件控制：

　　家电控制功能

　　智能门铃功能

　　提醒功能

　　提醒功能

　　智能聊天功能

　　语音聊天功能

　　垃圾分类功能

　　生活引导功能

　　查看天气功能

　　后期我们会考虑开发更多的硬件控制功能，比如空调、窗帘等的语音控制； 添加温湿度传感器感知并智能提醒控制； 开发一个APP，用户可以通过该APP进行个性化设置，例如设置自己的唤醒词。 、定期向您的邮箱发送天气预报、提供定期提醒以及定期执行某些硬件控制。

　　整个系统的实现代码链接：