基于情感分析的智能家居系统
基于情感分析的智能家居系统
洪伟龙，钟鸣
【摘要】
针对现今国内智能家居存在功能单一、缺乏情感分析等问题，研究开发了一套基于情感分析的智能家居系统。这套系统运用开创性思路，可采集人的对话信息来分析人的情感波动，改变环境来间接调节人的情绪，给人带来舒适的居住环境。经过多次试验，这套智能家居系统能够准确识别出人的负面情绪，并给人带来愉悦感。这将为智能家居系统领域带来新的发展点，满足人对舒适家居环境的向往。
【关键词】情感分析；语音识别；树莓派；
一、引言
随着社会经济和科技的快速发展，当前萌生出很多支持物联网发展的技术，物联网正在逐渐改变人们的生活，同时人们对物质和精神生活的需求日益增加。在这一背景下，物联网也是逐渐进入大众视野，而智能家居作为物联网技术的产物，也同样受到人们的青睐[1]。
目前，市场已有不少智能家居的产品，但其仅仅是对家电的控制和环境参数检测，其功能单一，缺乏灵活性，忽视人的情绪[2]。针对以上不足，运用语音识别、情感词典、朴素贝叶斯算法、无线通信等技术，研究设计了一套情感分析的智能家居系统，为人们提供舒适、方便的居住环境。
二、系统方案设计
2.1 系统整体结构
按照功能模块进行划分，智能家居系统可分为三个部分：情感分析模块、通信模块、硬件模块。
智能家居系统采用无线通信技术，接入TCP/IP网络，实现远程控制。在硬件模块设计中，树莓派作为控制中枢，拥有较强的运算能力，能够处理复杂的应用场景。系统通过麦克风采集人的语音信息，配合人工智能算法，进行情感分析，得出人的情感，通过改变居住环境，给人一个更加舒适的生活环境。
2.2系统关键技术
智能家居系统采用百度的语音识别技术，通过REST API接口，将语音信息上传到服务器。经服务器处理后，系统接收文本字符串，完成对语音信息的识别[3]。
在情感分析模块的程序设计中，系统使用情感词典和朴素贝叶斯算法对文本进行情感分析。通过建立情感词库，为每一个词定义权重和情感类别。程序对文本进行分词，提取情感词并统计情感词汇出现次数，然后对词汇进行分类，再计算出每一种情感的值，最后根据每类情感的值分析出人所表现出的情感[4]。
三、智能家居系统硬件设计
在硬件设计中，系统将树莓派4B作为控制中枢，用MEGA 2560单片机来操作家电。树莓派4B、MEGA 2560单片机与音乐播放器、麦克风、温湿度传感器、灯、空调、无线通信模块共同组成硬件模块[5]，如图2所示。
图2 硬件设计整体框图
3.1 控制中枢
作为控制中枢的树莓派4B搭载操作系统，支持多种编程语言。树莓派提供40个引脚、USB接口和音频接口，与单片机和麦克风进行连接。此外，树莓派CPU主频为1.5GHz，可快速识别人的语音和人的情感。
3.2 MEGA 2560
MEGA 2560是具有USB接口的单片机，具有54路引脚，适合做大量IO的需求设计，具有众多的开源软件库，大大缩短开发者编程的时间。
3.3 无线通信模块
无线通信模块有NodeMCU和YS-IRTM红外线两种模块。
NodeMCU是一款物联网开发板，自带 WIFI 模块，操作简单，容易上手，拥有大量开源第三方库函数。
YS-IRTM具有红外编码和解码的作用，可与单片机进行串口通信，方便解码工作的进行。系统使用红外模块可快速实现对空调的编码，然后发送指令控制空调。
四、智能家居系统软件设计
4.1 程序设计方案
单片机采用程序模块化的思想，使用Arduino-IDE软件编写代码，对硬件进行控制，如温湿度传感器、音乐播放器和家电设备。此外，NodeMCU 也采用Arduino的编码方式，选用TCP协议，实现对灯的控制。
树莓派的情感分析程序使用Python语言，采用面对对象思想，其编码平台为Theia和浏览器。Theia可提供URL链接，让开发者借助浏览器就可完成对情感分析程序的编码工作。
4.2 情感分析的程序设计
树莓派程序采集语音数据，调用百度语音识别的RestAPI接口，传送数据给百度服务器，然后接收服务器的响应报文，读取文本数据，保存在列表中。
程序对列表中的数据进行分句分词操作，将分词结果与情感词库比对。程序匹配列表中的情感词，通过与情感词搭配的程度词、否定词进行权重分析，得pos（积极）、neg（消极）的分值，并求它们的平均值、标准差，再比较pes、neg最终分值得出人的情感状态，即消极或者积极情绪，并根据情感程度分析出消极情绪中的愤怒情绪和低落的情绪。
五、总结
在基于情感分析的智能家居系统的设计中，通过语音识别技术和情感分析算法，实现对人情绪的准确识别，并通过改变家居环境，帮助人摆脱不良情绪。这套系统不仅能够给居民带来舒适的家居环境，而且能够给人带来愉悦感。
【参考文献】
[1]魏娜.浅谈物联网大数据时代下智能家居的发展[J].数字技术与应用,2021,39(11):130-132
[2]李翠，安呈双.智能家居产品情感化设计探索[J].电脑知识与技术. 2020,16(09):187-188
[3]黄玲，王霄，邵健.基于 NodeMCU 智能语音交互家居系统设计[J].智能计算机与应用，2021，11（2）:164-168
[4]曾雪强,华鑫,刘平生.基于情感轮和情感词典的文本情感分布标记增强方法[J].计算机学报,2021,44(06):1080-1094
[5]沈洋.基于云端处理的语音识别智能音响的设计与研究[J].电子技术与软件工程,2021,11:59-60
