Голосовое управление Arduino средствами Processing и Google Speech API

в 10:56, , рубрики: arduino, Google API, Google Speech, processing, разработка, умный дом, Электроника для начинающих

Идея:

Пришла как-то идея сделать голосовое управление Arduino, но одного Arduino мало, т.к. для системы умного дома нужно еще и общение с компьютером и его системами.

Поиск решения:

BitVoicer

Натыкался на разного рода статьи с применением BitVoicer в связке с Arduino, но вся проблема в том, что BitVoicer работает только на Windows, а это не позволяет использовать систему на простых устройствах типа Rasberry Pi под управлением Unix.

Arduino Voice Recognition

Так же Arduino можно управлять голосом благодаря модулю распознавания голоса, но пока у меня нет срадств на его приобретение и есть ряд неудобств при использовании этого модуля: ограниченное количество команд, нудное обучение, для новых команд требуется перепрошивка модуля, что уже является минусом, если система отлажена и установлена.

Решение

Начал искать кросплатформенное решение, которое позволяло бы работать системе на множестве операционных систем. Нашлось такое: Speech to Text Library for Java/Processing. Комплекс реализован на базе языка Processing (Java) и Google Speach API о котом тут уже ранее писали. Данное решение позволяет отслеживать голос в реальном времени enableAutoRecord(), указывать лимит громкости enableAutoThreshold(), подключать внешние микрофоны getLineIn(), указывать язык распознавания setLanguage(String). Полный перечень возможностей и специфика есть на сайте разработчика: http://stt.getflourish.com. Для работы нам понадобиться Google Speech API Key. Как его получить описано тут: www.chromium.org/developers/how-tos/api-keys. Единственный негативный момент в том, что Google Speech позволяет обрабатывать лишь 50 запросов в сутки, но на практике проходят больше 500 запросов.

image

Для того, чтобы в дальнейшем было проще ориентироваться по тексту, я прикладываю все исходники, в которых уже прописаны голосовые команды, подключение к плате Arduino, скетч для платы Arduino, голосовое подтверждение фраз и все остальное, что сейчас уже есть и работает: исходники. После скачивание папку GoogleTTS помещаем в библиотеки Processing'a. Скетч для Arduino лежит в папке GoogleTTS/ArduinoSerial. Все писалось на Processing 3.0a4, доступный в пре-релизе на официальном сайте.

Реализация («Слушай мою команду!»):

С распознаванием определились. Теперь нужно отлавливать нужные нам команды и по ним принимать решения. За это отвечает секция:

void commands()
{
  if (result.equals("arduino")) { // Ищем соответствие
    // Выполняющая команда при получении соответсвия
   }
  else if (result.equals("сколько время")) {
    // Выполняющая команда при получении соответсвия
  }

}
Голосовой ответ

Теперь нам нужен инструмент, который будет нам отвечать человеческим голосом в случае найденного соответствия. В качестве инструмента реализации был выбран Google Translate, а вернее модуль, который конвертирует текст в голос. Текст оправляется запросом на сервер Google, преобразуется в звуковой файл и отправляется нам обратно в формате mp3. За это отвечает секция:

void googleTTS(String txt, String language) { // преобразование текста в звук происходит командой googleTTS("текст", "язык")
  String u = "http://translate.google.com/translate_tts?tl=";
  u = u + language + "&q=" + txt;
  u = u.replace(" ", "%20");
  try {
    URL url = new URL(u);
    try {
      URLConnection connection = url.openConnection();
      connection.setRequestProperty("User-Agent", "Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 6.0; Windows NT 5.1; .NET CLR 1.0.3705; .NET CLR 1.1.4322; .NET CLR 1.2.30703)");
      connection.connect();
      InputStream is = connection.getInputStream();
      File f = new File(sketchPath + "/" + txt + ".mp3");
      OutputStream out = new FileOutputStream(f);
      byte buf[] = new byte[1024];
      int len;
      while ((len = is.read(buf)) > 0) {
        out.write(buf, 0, len);
      }
      out.close();
      is.close();
      println("File created: " + txt + ".mp3");
    } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  } catch (MalformedURLException e) {
    e.printStackTrace();
  }
}

За обработку непосредственно текстовых фраз отвечает секция:

void voicer(String s) { // Выполняется командой voicer("текст")
    println(s); // применяется для мониторинга текста
    File f = new File(sketchPath + "/" + s + ".mp3"); // Проверка файла
    
    // Если файл уже есть - проигрывть файл
    if(f.exists()){
      println("Файл уже есть! Проигрываю Файл!");
      player = minim.loadFile(s + ".mp3");
      player.play();
    }
    
    // Если файла еще нет - создаем его
    else {
      println("Файла еще нет! Создаю!");
      googleTTS(s, "ru");
      player = minim.loadFile(s + ".mp3");
      player.play();
    }
}

Пример реализации распознавания и голосового подтверждения:

void commands()
{
  if (result.equals("компьютер")) { // Ищем соответствие
    voicer("Слушаю"); // Получаем голосовое подтверждение
    // Выполняющая команда при получении соответсвия
   }
}

He is alive!

Processing + Arduino

Ну вот вроде и заработало, но чего-то не хватает. Теперь «подружим» это все с Arduino.
Инициализируем serial подключение в Processing для отправки данных на Arduino (для пользователей Mac и Unix):

String portName = Serial.list()[0];
myPort = new Serial(this, portName, 9600);
myPort.bufferUntil('n');

Для Windows пользователей:

String myPort = new Serial(this, "Ваш COM-порт", 9600);
myPort.bufferUntil('n');

И отправим туда команду при найденном голосовом соответствии:

void commands() {
if (result.equals("включи свет")) { // Если голосовая фраза распозналась как "включи свет", то выполняем запрос
    myPort.write("High"); // Отправляет команду High в Serial подключение
    voicer("Включаю свет"); // Голосовое подтверждение о выполнении команды
 } else if (result.equals("выключи свет")) {
    myPort.write("Low"); // Отправляет команду Low в Serial подключение
    voicer("Выключаю свет"); // Подтверждение
    // Выполняющая команда при получении соответсвия
  }
}

Теперь займемся платой Arduino. Нам нужно слушать Serial порт и при нахождении команды из списка, выполнять требуемое действие согласно команде. Скетч очень прост:

int led = 13; // Пин светодиода на плате

void setup() {
  Serial.begin(9600); // Инициализируем серийное подключение
  pinMode(led, OUTPUT); // Пин светодиода передает данные
}

void loop() {
  int i=0; // переменная для загона строки в буффер
  char buffer[100]; // массив буфера для загона в него строки
  
  if(Serial.available()){ // Ппроверяем серийный порт на наличие данных
     delay(100);
      
     //загоняем прочитанное в буфер
     while( Serial.available() && i< 99) {
        buffer[i++] = Serial.read();
     }
     //закрываем массив
     buffer[i++]='';
     
     String val = buffer;
     
     if (val == "High") { // Если получили значение High
      Serial.println("Led is On"); // Отправляем в Serial подтверждение получения
      digitalWrite(led, HIGH); // Включаем светодиод
     }
     if (val == "Low") { // Если получили значение Low
      Serial.println("Led is Off"); // Отправляем в Serial подтверждение получения
      digitalWrite(led, LOW); // Выключаем светодиод
     }
  }
}

Все. Проверяем.

Проблемы и планы:

Т.к. я не занимался программирование до этого времени, я не до конца понимаю некоторые вещи в процессе отладки. Буду признателен, если кто-нибудь подскажет как решить проблемы из перечня ниже:

— Самая основная проблема — голосовая фраза не проговаривается целиком. Пропадают последние буквы. Хотя звуковой файл приходит с сервера Google в нормальном виде. Как я понимаю ситуацию: проблема аудио-плеера, но где именно пока не ясно.
— Уже писал, что у Google Speech API есть ограничение на 50 запросов в сутки, но по факту получается больше. В любом случае этого мало. Планирую прописать локальное распознавание главной команды и только после ее распознавания, остальной текст отправлять на обработку Google'у. Ищу решение.
— Думаю не помешает отправка команд на Ethernet-шилд Arduino, т.к. некоторые системы могут находиться на приличном расстоянии от главного компьютера и Serial подключение тут уже не подойдет. Займусь этим решение на днях, т.к. нет у меня в наличии роутера для подключения к нему Arduino с Ethernet-шилдом.

На этом собственно все! Прошу строго не судить за строки кода! Я только начал изучать этот плацдарм и буду крайне признателен, если вы меня ткнете носом в то, как делать не нужно и покажете как нужно. Так же буду рад, если к этому проекту подключатся другие заинтересованные лица — всегда открыт к общению!

Автор: Dangear

Источник

* - обязательные к заполнению поля