1. 背景介绍

智能语音助手作为物联网领域的一个重要生态成员，是一种全新的交互方式，它能够解放双手，随时提供服务，无须借助任何按键。想必很多开发者都有玩过天猫精灵、小爱同学或者小度吧，看到这些炫酷的人工智能产品，是不是很想搞清楚它到底怎么工作的冲动，是不是也想自己打造一台专属智能语音助手。仅仅通过说出“HaaS HaaS”、“天猫精灵”、或“小爱同学”，就可以唤醒语音助手并告诉它想要的信息。在商业领域的人工智能产品要么是C或者C++开发，工作量巨大。现在有了HaaS EDU K1，通过数100行Python代码就可以轻松打造一款智能音箱。这种全新的开发方式，还不来体验下！

开始学习之前我们先看一下案例效果：

爆肝一周，用Python在物联网设备上写了个智能语音助手！

2. 方案介绍

本案例基于HaaS云端一体智能语音交互框架打造的。整个框架如下：

从框架可以看到，该案例是一个完整的云端语音交互全链路，包括了本地语音唤醒、回声消除、降噪、ASR、NLP、TTS等。学完该案例让你对智能语音助手有一个全新的认识。

2.1 软件功能

整个方案支持：

HaaS小程序配网；
HaaS HaaS离线语音唤醒；
云端智能语音交互；
自定义问答、闲聊、多轮对话、知识库等对话流管理。

3. 开发环境搭建

3.1 硬件准备

3.1.1 使用HaaS语音扩展板

HaaS语音扩展板是专门为HaaS EDU K1教育神器打造的，无缝对接，即查即用，不过目前没有对外售卖，后续将在一些训练营或活动中定向赠送。以下是使用HaaS语音扩展板的硬件图，最终正式的版本比这个更小。

3.1.2 使用外接麦克风和喇叭

如果没有HaaS语音扩展板也没有关系，请按照如下步骤接入麦克风和喇叭：

麦克风接入MIC1_N接口，喇叭介入SPKLP接口。

HaaS EDU K1硬件排线图请参考
HaaS EDU K1说明书 - IoT物联网操作系统 - 阿里云

购买链接仅供参考！！我们不负责商家发货的品质保障等问题！！

名称	数量	参考链接
HaaS EDU K1开发版	1	HaaS EDU K1购买链接
Type-C USB数据线	1	普通Type-C USB数据线即可
模拟MIC	1	模拟MIC参考链接
喇叭	1	喇叭参考链接
杜邦线	数条	NA

3.2 环境搭建

参考《HaaS EDU K1快速开始》中安装HaaS Studio完成AliOS Things开发环境搭建。

3.2.1 Python固件编译、烧录

参考《HaaS EDU K1快速上手》烧录带Python引擎的固件包。

打开串口

固件烧录完成后，可以通过串口查看示例的运行结果，打开串口的具体方法可参考《HaaS EDU K1快速开始》查看日志章节。

3.2.2 Python案例代码下载

该案例相关的源代码下载可参考《创建工程》，该案例是Python案例。
其中：

选择Python开发

选择解决方案: “voice_assistant”

选择开发板: HaaS EDU K1

4. 软件架构

4.1 代码结构

├── asr.py                            # 云端语音识别处理接口
├── kws.py                            # 语音唤醒识别处理接口
├── main.py                           # 主程序
├── nlp.py                            # 云端智能对话交互处理接口
├── tts.py                            # TTS语音合成处理接口
├── oled.py                           # oled显示接口
├── player.py                         # TTS语音播报接口
├── README.md                         # 使用文档说明
├── recorder.py                       # 录音接口
├── resource                          # 本地语料文件
│   ├── network_connecting.mp3
│   ├── network_fail.mp3
│   ├── network_ok.mp3
│   ├── noquestion.mp3
│   ├── sorry.mp3
│   ├── wakeup.mp3
│   ├── welcome.mp3
│   ├── get_token_fail.mp3
└── └── wifi_smartconfig.mp3

4.2 程序主体

100行Python代码搞定程序主体：

def main():# 初始化声卡驱动print("enter main function\n")Snd.install_codec_driver()Snd.init()# 打开语音扩展板PA，PIN23: GPIO19gpio = GPIO()gpio.open('GPIO19')gpio.write(1)gpio.close()# 初始化oledoledInit()#初始化播放器audioPlayerInit()# 录音初始化audioRecorderInit()# 连接WiFiconnectWifi()# get_wifi_status()sessionId = Noneis_session_finished = True# 初始化kws唤醒词global wakeup, countwakeup = False# 播报欢迎语料oledShowText('I am your HaaS', 6, 18, 1, True)oledShowText('voice assistant!', 4, 30, 1, False)audioPlay(welcome_file)while True:if is_session_finished == True: # 非多轮对话时播放提示音oledShowText('I am your HaaS', 6, 18, 1, True)oledShowText('voice assistant!', 4, 30, 1, False)kwsEnable(kwsCb)while wakeup == False:time.sleep(0.2)kwsDisable()# 播放唤醒提示音oledShowText('Host, i am here!', 2, 24, 1, True)audioPlay(wakeup_file)wakeup = Falseis_session_finished = True# record 3sec pcm dataoledShowText('Please speak...', 8, 24, 1, True)rframes, length = audioRecord(duration)# ASR识别oledShowText('Recognizing...', 12, 24, 1, True)# 动态获取tokentoken_resp = ucloud_ai.get_token_id(access_key, access_secret, domain, region_id)print('token_resp: %s' %token_resp)if token_resp == None:audioPlay(token_fail_file)continuetoken_resp = ujson.loads(token_resp)if token_resp != None:if token_resp.get('ErrMsg') != '':audioPlay(token_fail_file)continueasr_token = token_resp.get('Token').get('Id')else:print('get token fail')asr_token = asr_default_tokenif asr_token == None:audioPlay(sorry_file)continueasr_text = asrProcess(app_key, asr_token, 'pcm', rframes, length)if asr_text == None:oledShowText('Answering...', 12, 24, 1, True)audioPlay(sorry_file) # 抱歉，我没有听清楚，请重新说一次试试continue# NLP自然语音处理is_session_finished, sessionId, intentName, text = nlpProcess(access_key, access_secret, instance_id, sessionId, asr_text)if text == None:oledShowText('Answering...', 12, 24, 1, True)audioPlay(noquestion_file) # 抱歉，没有找到你问的问题，请换一个试试continue# TTS合成# text = '今天天气很好'tts_resp = ttsProcess(app_key, asr_token, 3, 16000, 'siqi', 100, 0, 0, text, tts_file)oledShowText('Answering...', 12, 24, 1, True)# 根据意图执行设备端动作doIntent(intentName)if tts_resp == True:# 播放ttsprint('start to audioPlay tts\n')audioPlay('fs:' + tts_file)else:print('tts resposne fail')audioPlay(network_fail_file)# 释放kws资源kwsDisable()# 释放播放器audioPlayerUninit()# 释放录音资源audioRecordUninit()# 释放声卡驱动Snd.uninstall_codec_driver()Snd.deinit()

5. 案例体验

本案例不支持打断功能，所以在唤醒后等待语音播报完成在进行问答，屏幕上有对应的提示。

5.1 云端功能开通

5.1.1 阿里云账号开通及访问控制

参考《爆肝一周，用Python在物联网设备上写了个智能语音助手-创建阿里云账号》完成以下两个步骤：

注册阿里云账号
获取AccessKey和Secret

5.1.2 智能语音交互开通及配置

参考《爆肝一周，用Python在物联网设备上写了个智能语音助手-阿里云智能语音交互》完成以下三个主要步骤：

智能语音交互功能开通
完成语音识别和语音合成功能进行配置
获取智能语音交互Appkey

5.1.3 智能对话机器人开通及配置

参考《爆肝一周，用Python在物联网设备上写了个智能语音助手-阿里云智能对话机器人》完成以下四个主要步骤：

创建会话机器人
配置机器人知识库
发布机器人
在机器人管理页获取对话机器人实例ID

5.2 设备端代码配置

5.2.1 账号信息配置

在上述5.1云端功能开通完成后，将获取到的AccessKey/Access Secret/Appkey/机器人ID填入到main.py中：

# 阿里云访问账号
access_key = 'Your-Access-Key'
access_secret = 'Your-Access-Secret'
# 智能语音交互
app_key = 'Your-App-Key'
# 登陆https://nls-portal.console.aliyun.com/overview
# 查看你创建的项目功能配置旁边的appkey
# Chatbot对话机器人实例ID
instance_id = 'chatbot-cn-XXXXXXX'
# 登陆https://chatbot.console.aliyun.com/yunme.htm#/beebot_preview/overview
# 查看您创建的机器人ID

5.2.2 开关灯意图匹配

在5.1.3 智能对话机器人开通及配置中介绍了如何创建开关灯对话流，设备端events中的名称需与对话流中的意图名称保持一致。设备端对意图的处理代码位于main.py中，代码如下：

def doIntent(intentName):if intentName == None:returnprint('intentName: %s' %intentName)leds=("led_r", "led_g", "led_b")events = [{'light_on': 'leds', 'value': 1},{'light_off': 'leds', 'value': 0},{'red_light_on': 'led_r', 'value': 1},{'red_light_off': 'led_r', 'value': 0},{'green_light_on': 'led_g', 'value': 1},{'green_light_off': 'led_g', 'value': 0},{'blue_light_on': 'led_b', 'value': 1},{'blue_light_off': 'led_b', 'value': 0},]gpio = GPIO()for event in events:led = event.get(intentName)if led != None:value = event.get('value')if led == 'leds':for led in leds:gpio.open(led)gpio.write(value)gpio.close()else:gpio.open(led)gpio.write(value)gpio.close()

当匹配意图为red_light_on时，设备端将GPIO led_r拉高置1点亮红灯。其他意图类似处理，如果有特殊需求，可以根据需要修改意图，比如控制其他GPIO或者PWM等操作。

5.3 Python代码推送

参考《Python 轻应用开发工具 HaaS-Studio》推送本案例Python代码包到设备中。

注意事项

如果遇到代码推送结束时报错，请确保设备/data/目录下，除python相关文件外，没有其他不必要的文件，如有，请删除再重试。

5.4 HaaS小程序配网

确认OLED上显示"Enter WiFi Smart Config..."；
打开手机支付宝，搜索HaaS小程序，同时打开手机蓝牙功能；
点击扫描待配网设备；
选择Wi-Fi SSID；
填入Wi-Fi密码；
点击发起配网；
等待设备端连接Wi-Fi，当听到语音播报“网络连接成功！”或OLED看到“WiFi Connected!”表示网络连接成功。