1、前言

Python 语言的是一款非常容易使用的解释性语言，它的主要特点如下：
● 易学易用
● 可扩展可移植
● 丰富的三方库
正是由于以上这些特点，使得Python在一些逻辑简单，功能复杂的场景应用非常广泛。近几年，随着人工智能的飞速发展，Python 的优点得到的充分的体现，因此成为了AI开发的首选语言。

Python轻应用主要是基于micropython实现，在保留了python语言主要特性的基础上，他还对嵌入式系统的底层做了非常不错的封装，它的特点如下：
● 沿用python语法和基本数据结构，保持易学易用性
● 提供基于嵌入式系统的硬件功能库封装，让嵌入式开发简单便捷

今天要介绍的是如何使用Python 轻应用，连接阿里云的千里传音服务，打造一个现象级的云喇叭产品。

2、方案介绍

2.1、什么是千里传音？

“千里传音”服务，是阿里云IoT针对带有语音播报能力的AIoT设备，提供的一个云端一体的解决方案。为播报提醒类设备应用提供从播报语料合成，语料管理，语料推送到设备，播报设备管理等完善功能，配合集成了端侧播报能力的HaaS设备，帮助用户高效完成播报类设备应的开发和长期运行。

“千里传音”服务以项目为单位来帮助客户组织应用和管理设备，以便客户面向不同的用户来管理设备语料更新，以及批量或单个设备语料推送。同时，“千里传音”服务为客户应用提供云端API，通过传入语料组合逻辑，及设备ID，就可以完成对端设备播报的调用，简单省事。借助阿里云IoT平台提供的高并发设备通信能力，帮助客户无忧完成大规模设备部署和长期高可用运行。

它主要有三个部分组成：App,服务器，和播报设备

”千里传音“，指的就是无论服务的使用者(App)和播放设备之间的物理距离有多远，都可以通过服务器，将自己想要传达的音频数据，传输给相关播报设备进行播报。

服务的使用者，可以通过千里传音服务提供的SDK和服务器进行通讯

目前千里传音服务提供了多种编程语言的SDK,包括Java,JS,Python,PHP 等等，开发者可以选自自己熟悉的开发语言进行开发。调试阶段，可以使用在线调试工具进行调试。

服务器通过MQTT将播放资源和指令下发给播放设备进行播放

目前设备支持本地音频播放和在线音频播放，在线音频的播放需要通过物模型自定义服务，将音频的url发送给设备端，本地音频的播放，需要通过千里传音SpeechPost服务先将音频链接发送给设备端，设备端将音频文件以ID 命名并保存。当服务端需要播放的时候，将所有的音频文件按照ID 组合起来，通过SpeechBroadcast服务下发给设备端，设备端将音频组合起来，进行播放。

千里传音服务提供的能力如下:

● 项目管理
客户通过项目形式管理不同应用场景中的设备和语料。
● 智能语料生成
通过人工智能算法帮助客户快速完成文字到固定播报语料的生成，支持wav和mp3格式输出。
● 语料组合播报
通过远程命令，告知特定设备将本地语料以特定顺序组合后播报，并支持加入动态数字内容。
● 动态语料合成
支持用户通过API生成动态播报语料，推送到端侧播报。此类语料设备端采用在线播放的形式，将不固化到设备中。
● 语料空中推送
为客户提供语料空中推送到单个和项目中全量设备的能力，实现设备端固化语料的更新。使设备播报语音内容变得可以运营。
● 云端API
为客户提供平台能力对应API，以实现上述播报能力的云端控制。

2.2、如何使用千里传音？

本方案中，播报设备指的是阿里云的物联网硬件设备HaaS100，App的使用的是在线调试工具或者PC端的Python 应用。
具体的交互流程如下:

以上代码逻辑，均在Python轻应用中实现，具体细节轻参考物品清单章节中的Python轻应用固件软件部分

3、物品清单

3.1、硬件

HaaS100 开发板一块
电源一个
micro usb 一个
sdcard 一个
有源喇叭一个购买链接
杜邦线一根

注意事项:

HaaS100支持外接微型SD卡（Micro SD），最大支持64GB数据的存储,SD卡槽位于开发板背,可以外接微型SD存储卡
sdcard 格式支持: FAT16/FAT32，本案例中暂时不支持exFAT 格式
喇叭的链接方法如下:

Column 1	Column 2	Column 3
喇叭丝印接口	HaaS100 GPIO NUM	图中连接线颜色
IN	28	黄色
VCC	2	红色
GND	4	绿色

3.2、软件

3.2.1、千里传音产品和设备创建

● 创建项目
登录阿里云官网，选择产品阿里云IoT平台->企业物联网平台->控制台->增值服务->IoT云端一体服务，进入千里传音服务后台

在项目创建过程中，需要输入项目名称，并对项目进行简单描述，以便后期维护。

在完成项目创建后，系统将帮助用户创建一个与项目名相同的产品，以便后续加入设备。同时，如果用户希望为设备增加千里传音以外的能力，也可以直接到物联网平台的设备管理界面中，为设备添加物模型能力。
在项目列表中，点击需要配置的项目，可以对项目内容进行配置管理。

在项目配置界面，有两个选项，分别是服务配置和设备管理，其中服务配置是用来配置千里传音服务的的，主要是语料管理，设备配置是用来管理项目中设备列表的。
● 生成语料
如下图所示，在项目配置中，选中服务配置->管理服务，

进去千里传音服务配置界面以后，选中语料配置中的新增语料

新增自定义语料界面如下:

其中语料标识和语料内容非常重要,语料标识必须是项目级别唯一，它是作为语料组合调用时候的唯一标签，同时也作为设备端保存语料的文件名。语料内容指的就是我们要播报的文本.
除此之外，我们还可以自定义语料的场景，包括方言场景，童声场景，客服场景以及通用场景；自定义语料的播放速度；自定义语料的播报音量等。

● 创建设备
在完成语料构建和管理后，需要在项目中创建设备，以便最终用户的播报应用可以将命令发送到设备端，完成整个播报链路。点击“设备管理”标签，将进入设备管理界面。

设备创建可以有单个创建和批量创建两种方式。
点击“创建设备”会打开创建单个设备弹窗，并要求用户输入设备相关信息。

DeviceName：英文字符组成的设备名称，设备名称在项目中不可重复。
备注名称：为了便于用户区分设备，给设备赋予的别名。
点击“批量添加”会打开批量创建设备弹窗。

添加方式
○ 自动生成：指系统将为用户自动生成DeviceName。
○ 批量上传：需要用户通过.csv文件上传自定义的DeviceName。
设备数量：需要批量添加的设备个数。

在创建完成设备以后，设备管理界面，可以显示设备列表，点击设备对应的鉴权信息，可以查看设备的三元组信息

● 语料推送

在创建完成设备以后，我们就可以回到语料配置界面，将新增的语料推送到相应的设备上面进行测试了。
如下图所示，点击需要推送的语料，操作栏中的推送到设备按钮(下图中我们推送的语料id是 yuan)

进入语料推送界面，如下图所示，默认支持单个设备推送，分组推送和全部设备推送。

单个设备和分组模式，需要选择自己的设备名或者分组名，选中以后点击确定即可完成推送。

3.2.2、HaaS100 Python轻应用固件

可以通过HaaS100 AliOS Things 3.3 开源代码编译或者Python轻应用官方固件直接下载(2021.5月份以后)，相关下载方法都在Python轻应用快速上手中有详细介绍: Python轻应用快速上手

3.2.3、串口工具

mac电脑推荐使用picocom,windows 电脑推荐使用putty, 务必保证设置串口波特率为1500000
千里传音设备端Python轻应用代码

#!/usr/bin/env python# -*- encoding: utf-8 -*-'''@File       :    haas_speech.py@Description:    file description  @Date       :    2021/04/19 13:56:50@Author     :    guoliang.wgl@version    :    1.0'''import iotimport utimeimport httpimport ujson as jsonimport mathAUDIO_ENABLED = Trueif AUDIO_ENABLED:from audio import Player,SndtoneDir = "/sdcard/resource/"tonenameSuffix = [".wav", ".mp3"]tonenameNumb = ["SYS_TONE_0", "SYS_TONE_1", "SYS_TONE_2", "SYS_TONE_3", "SYS_TONE_4", "SYS_TONE_5", "SYS_TONE_6", "SYS_TONE_7", "SYS_TONE_8", "SYS_TONE_9"]tonenameNumb1 = "SYS_TONE_yao"tonenameDot = "SYS_TONE_dian"tonenameUnit = ["SYS_TONE_MEASURE_WORD_ge", "SYS_TONE_MEASURE_WORD_shi", "SYS_TONE_MEASURE_WORD_bai", "SYS_TONE_MEASURE_WORD_qian"]tonenameHunit = ["SYS_TONE_MEASURE_WORD_wan", "SYS_TONE_MEASURE_WORD_yi", "SYS_TONE_MEASURE_WORD_sw", "SYS_TONE_MEASURE_WORD_bw", "SYS_TONE_MEASURE_WORD_qw"]tonepathConnected = "fs:/sdcard/resource/connected.wav"tonepathPowerOn = "fs:/sdcard/resource/poweron.wav"on_request = Falseon_play = Falseif AUDIO_ENABLED:Snd.install_codec_driver()Snd.init()player = Player()player.create()player.set_volume(10)def play(path):global playerplayer.set_source(path)player.start()player.wait_complete()def playlist(pathlist):for path in pathlist:play('fs:'+path)print('********end playlist*******')def add_amount(num_str, toneList, formatFlag):global tonenameNumbglobal tonenameNumb1global tonenameDotglobal tonenameUnitglobal tonenameHunitglobal toneDirglobal tonenameSuffixnum_f = float(num_str)numb = int(num_f)deci = num_f - numbtarget = numbsubTarget = 0subNumber = Noneslot = 0factor = 0count = 0prevSlotZero = FalsehundredMillionExist = FalsetenThousandExist = Falseif (numb < 0 or numb >= 1000000000000):print('amount overrange')return toneIndexif (deci < 0.0001 and deci > 0.0):deci = 0.0001i = 2while(i >= 0):factor = math.pow(10000,i)if target < factor:i = i -1continuesubTarget = int(target / factor)target %= factorif (subTarget == 0):i = i -1continueif (i == 2):hundredMillionExist = Trueelif (i == 1):tenThousandExist = TruesubNumber = subTargetprevSlotZero = Falsedepth = 3while(depth >= 0):if(subNumber == 0):breakfactor = math.pow(10, depth)if ((hundredMillionExist == True or tenThousandExist == True) and i == 0):passelif (hundredMillionExist == True and tenThousandExist == True and depth > 0 and subTarget < factor):passelif (subTarget < factor):depth = depth - 1continueslot = int(subNumber / factor)subNumber %= factorif (slot == 0 and depth == 0):depth = depth - 1continueif ((subTarget < 20 and depth == 1) or (slot == 0 and prevSlotZero) or (slot == 0 and depth == 0)):passelse:toneList.append(toneDir + tonenameNumb[slot] + tonenameSuffix[formatFlag])count += 1if (slot == 0 and prevSlotZero == False):prevSlotZero = Trueelif (prevSlotZero == True and slot != 0):prevSlotZero = Falseif (slot > 0 and depth > 0) :toneList.append(toneDir + tonenameUnit[depth] + tonenameSuffix[formatFlag])count += 1depth = depth - 1if (i > 0):toneList.append(toneDir + tonenameHunit[i - 1] + tonenameSuffix[formatFlag])count += 1i = i - 1if (count == 0 and numb == 0):toneList.append(toneDir + tonenameNumb[0] + tonenameSuffix[formatFlag])if (deci >= 0.0001) :toneList.append(toneDir + tonenameDot + tonenameSuffix[formatFlag])deci ="{:.4f}".format(deci)deci_tmp = str(deci).strip().rstrip('0')deci_str = ''got_dot = Falsefor j in range(len(deci_tmp)):if(got_dot):deci_str = deci_str + deci_tmp[j]elif deci_tmp[j] == '.':got_dot = TruedeciArray = deci_strfor item in deciArray:if (item >= '0' and item <= '9'):toneList.append(toneDir + tonenameNumb[int(item)] + tonenameSuffix[formatFlag])return toneListdef do_voice_test():"""@description  :---------@param        :-------@Returns      :-------"""global on_requestglobal add_amountglobal playlistglobal on_play# 请替换物联网平台申请到的产品和设备信息,可以参考文章:https://blog.csdn.net/HaaSTech/article/details/114360517productSecret = "xxxxxxxx"productKey = "xxxxxxx"deviceName  =    "xxxxxxx"deviceSecret  =   "xxxxxxxx"# 初始化linkkit sdkkey_info = {'region' : 'cn-shanghai' ,'productKey': productKey ,'deviceName': deviceName ,'deviceSecret': deviceSecret ,'productSecret': productSecret}device = iot.Device(key_info)# 物联网平台连接成功的回调函数def on_connect():if AUDIO_ENABLED:global playerglobal tonepathConnectedprint('linkkit is connected ')if AUDIO_ENABLED:play(tonepathConnected)device.on('connect',on_connect)# 设置service 事件接收函数（本案例是千里传音）def on_service(serviceid,request):global on_requestglobal on_playprint("serviceid is :" + serviceid)print("request is :" + request)data = json.loads(request)if serviceid == "SpeechPost":on_request = dataprint('**********SpeechPost data *******' )print(on_request)elif serviceid == "SpeechBroadcast":on_play = dataprint('**********SpeechPost data *******' )print(on_play)else:passprint("on_service end")device.on('service',on_service)# 连接物联网平台device.connect()def download_resource_file(on_request):client=http.client()client.set_header("Accept: */*\r\n")client.get(on_request['url'])response = json.loads(client.get_response())#print(response)format = response['format']size = response['size']format = response['format']audio = response['audios'][0]id = audio['id']path = '/sdcard/resource/'+id+'.'+formatprint('************ begin to download: ' + path)ret  = client.download(audio['url'],path)if ret == 0 :print('************ download: ' + path + ' succeed')else:print('************ download: ' + path + ' failed')def play_voice(data):global toneDirglobal tonenameSuffixglobal playlistformat =  data['format']audioResFormat = 0if (format == 'mp3'):audioResFormat = 1speechs =  data['speechs']print(type(speechs))print(speechs)toneList = []for speech in speechs:print(speech)# length = len(speech)if speech.endswith('}') and speech.startswith('{') and (speech[1] == '$'):speech_num = speech.strip('{').strip('$').strip('}')toneList = add_amount(speech_num,toneList,audioResFormat)else:toneList.append(toneDir + speech + tonenameSuffix[audioResFormat])print(toneList)if AUDIO_ENABLED:playlist(toneList)# 触发linkit sdk持续处理server端信息while(True):device.do_yield(1000)if  on_request:print('***************************')print(on_request)download_resource_file(on_request)on_request = Falseelif on_play:print('***************************')print(on_play)play_voice(on_play)on_play = False# 断开连接device.close()if AUDIO_ENABLED:player.stop()player.release()if __name__ == '__main__':if AUDIO_ENABLED:play(tonepathPowerOn)do_voice_test()

以上是Python轻应用的主体代码，它的主要功能如下：

连接物联网平台
监听SpeechPost 服务，下载服务端推送过来的音频文件到 /sdcard/resource/
监听SpeechBroadcast服务，播放指定的音频

注意事项：

下载常用本地音频资源文件到/sdcard/resource目录资源文件下载
请务必将代码中的

PRODUCT_KEY = "xxxxxx"
PRODUCT_SECRET = "xxxxxxx"
DEVICE_NAME = "xxxxx"
DEVICE_SECRET = "xxxxxx"
替换成千里传音产品中相关信息

4、如何实现

4.1、固件烧录

请参考Python轻应用快速上手中烧录相关章节。

4.2、轻应用运行

将物品软件清单中Python轻应用的代码保存为haas_speech.py,并拷贝到sdcard中，设备插入sdcard后重启
● 执行联网操作

python /data/python-apps/wifi/main.py your_ssid. your_password

● 执行haas_speech.py

python /sdcard/haas_speech.py

4.3、调试

4.3.1在线调试

打开在线调试并登录
如下如所示，选中SpeechByCombination,选择右侧服务器华东(上海)，设置我们需要发送的语音序列信息，数字请使用{$xxx} 进行表示，其它语音请以此按照千里传音后台的语料ID 进行配置，最后设置需要调试的设备DeviceName 和 ProductKey。
点击发起调试即可

4.3.2、SDK调试

安装SDK核心库

pip install aliyun-python-sdk-core

修改如下Python代码中的KeyID 和 Secret,并保存为SpeechByCombination.py

#coding=utf-8from aliyunsdkcore.client import AcsClientfrom aliyunsdkcore.request import CommonRequestfrom aliyun_key import *client = AcsClient(accessKeyId, accessSecret, 'cn-shanghai')request = CommonRequest()request.set_accept_format('json')request.set_domain('iot.cn-shanghai.aliyuncs.com')request.set_method('POST')request.set_protocol_type('https') # https | httprequest.set_version('2018-01-20')request.set_action_name('SpeechByCombination')request.add_query_param('RegionId', "cn-shanghai")request.add_query_param('CombinationList.1', "welcome")# request.add_query_param('CombinationList.1', "zfbGet")# request.add_query_param('CombinationList.2', "{$10000.056}")# request.add_query_param('CombinationList.3', "yuan")request.add_query_param('ProductKey', "a1Ba4rCO9iM")request.add_query_param('DeviceName', "py_voice_01")response = client.do_action(request)# python2:  print(response)print(str(response, encoding = 'utf-8'))

执行python SpeechByCombination.py

技术交流

Python轻应用继承了Python易学易用的特点，同时提供了基于嵌入式硬件的基础库封装，让开发者可以很方便的通过交互式的环境，实时进行嵌入式开发，让嵌入式开发也变得简单方便。

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