HaaS100 云端钉一体智能语音播放器设计

2021-02-02 3376

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简介： 文主要介绍如何基于HaaS100硬件平台搭建“云端钉一体”（阿里云IoT平台 + HaaS100 + 钉钉小程序）的智能语音播放器。包括加载/卸载HaaS100上的声卡模块、TTS (Text to Speech)、智能语音合成功能、开始/停止录音、录音文件路径/data/rec.pcm音乐播功能（例如音量调节/播放/暂停/上一首/下一首/播放列表等）四大小程序，以及音量调节，本地音乐/ 网络音乐播放（.mp3, .m4a等格式）等、 TTS (Text to Speech)，智能语音合成功能两大地本地CLI功能。

1、端测：硬件平台搭建

图1: HaaS100智能语音播放器系统框架

基于HaaS100开发“云端钉一体”的智能语音播放器，需要的硬件模块包括：
HaaS100开发版（电源/ WIFI天线）: 购买HaaS100硬件套装时已经提供。
microUSB数据线。
模拟MIC：硅麦一般有正负两级，HaaS100和硅麦的正/负极之间分别需要“1uF电容 + 2K电阻”上/下拉滤波，确保HaaS100可以采集到干净清晰的录音信号。具体连接方式参考上图。
喇叭：分为3线（VCC + GND + DIN）和4线（VCC + GND + DIN_P + DIN_N）两种经典的喇叭连接方式。上图中我们采用的是3线制喇叭，和HaaS100的连接参考上图。

2、端测：软件开发

2.1、AliOS Things开发环境准备

AliOS Things基础工具：aos-cube, git工具安装。
VS code IDE：《使用VS code IDE开发》
HaaS100代码获取、编译、烧录：《HaaS100快速开始》

2.2、代码修改
2.2.1、源码介绍

图2: 云端钉一体智能语音播放器软件框架

云端钉一体智能语音播放器软件模块包括：

audio_demo:主要打通HaaS100和阿里云物联网平台连接、通信，物模型解析，播放器功能逻辑的实现。
uVoice组件：是AliOS Things上智能语音解决方案的核心组件，提供了本地音频，URL音频，TTS合成等基础功能，音频格式支持mp3, m4a, wav, opus等主流格式。
A2SA组件：是AliOS Things上音频服务框架，兼容ALSA应用接口访问，支持音频硬件驱动抽象，多音频驱动加载/卸载，VFS接口支持等功能。多播放焦点管理，混音，softvol，重采样等功能设计中。
麦克风/喇叭硬件：HaaS100上已经集成了模拟麦和Speaker的硬件驱动。

2.2.2、application/example/audio_demo
在文件audio_demo/linkkit_example_solo.c中包含了HaaS100设备和阿里云物联网平台链接的关键密钥信息（四元组）。

图3: HaaS100开源SDK中修改audio_demo四元组信息

每位用户应该根据自己在"阿里云物联网平台"中创建的产品信息中可以获取到一下四元组信息。只有在audio_demo/linkkit_example_solo.c中填写了正确的四元组信息，HaaS100语音播放器才能正确连接用户自己账号的阿里云物联网平台。

"ProductKey"：用户创建的产品类型的Key（唯一ID）
"ProductSecret"：用户创建的产品类型的密钥（和ProductKey一一对应）
"DeviceName": 该产品类型下的某个具体设备名字（某个产品类型下可以有很多量产设备）
"DeviceSecret": 该产品类型下的名字为DeviceName设备的密钥（和DeviceName一一对应）

图4: 阿里云物联网平台获取四元组信息页面

2.2.3、components/service/uvoice

在我们的uvoice组件中集成了阿里巴巴的“智能语音交互”的部分功能，例如免费试用版的“语音合成”功能，需要商用的用户可以付费开通商用版。
用户需要登陆“智能语音交互”主页，并根据引导创建一个包含“语音合成”功能的项目。项目创建完成后，项目主页中会生成该项目的“Appkey”, 总览主页中可以获取到“AccessToken”两个重要信息。

图5: 创建智能语音交互项目和获取AppKey

图6: 获取智能语音交互AccessToken

在HaaS100 SDK的components/service/uvoice/test/test_tts.c中，我们需要填写正确的AppKey和AccessToken信息才可以使用阿里巴巴“智能语音交互 - 语音合成”功能。值得注意的是，AccessToken是动态刷新的，周期是每个用户账户可配置的，默认是2天变化一次。因此在功能开发阶段，需要周期性的更新固件中的AccessToken，否则可能出现语音合成功能访问失败的问题。如果是产品量产阶段，可以基于阿里云端一体的安全通道周期更新设备端AccessToken。
阿里云智能语音合成功能提供了Java/ C++/ Restful等多种SDK，开发者也可以自己下载SDK适配。

图7: uvoice组件中修改AppKey和AccessToken代码位置

2.3、代码编译、下载
编译audio_demo的命令如下，编译成功之后参考《HaaS100快速开始》文章将固件更新到HaaS100板子上。最新的版本支持Windows, Mac下刷机。

aos make clean && aos make distclean

aos make audio_demo@haas100 -c config

aos make

固件烧写成功后，可以通过以下方法快速验证HaaS100的喇叭和麦克风之间的硬件连接是否正常。

串口终端：insmod_audio_drv

串口终端：loopback 0 start

敲完以上两个命令之后，HaaS100进入录音/播放的loopback测试模式，用户靠近麦克风说话，喇叭正常有声音输出。

2.4、配网、连接物联网平台
HaaS100 WIFI配网方法如下。如果配网信息和四元组信息都正确的情况下，HaaS100和物联网平台连接成功后有如下HardwareError ping-pong日志打印。

netmgr -t wifi -c {ssid} {password}

例如： netmgr -t wifi -c EthanIPhone 12345678

图8: 连接物联网平台成功后的ping-pong日志打印

如果，有些开发者发现自己的HaaS100板子WIFI连接路由器困难，那么可以尝试以下方法排查。

更新github上的最新固件
串口终端：>> aos_mac WIFI，获取WIFI MAC地址，如果是全0，那么需要更新MAC地址
。
HaaS VIP钉群中咨询@谷饮，获取唯一的WIFI MAC地址。
串口终端：>> aos_mac WIFI XX:XX:XX:XX:XX:XX，更新WIFI MAC地址。

3、阿里云IoT平台

阿里云物联网平台创建产品、设备的过程可以参考文章《阿里云物联网平台快速入门实践》。其中“云端钉一体的智能语音播放器”物模型设计可以参考：“智能语音播放器物模型”。
在开发者创建自己产品时，可以选择导入我们提供的“智能语音播放器物模型”来生成一个临时产品，从而快速的验证云端钉一体的智能语音播放器方案，请参考下图步骤。

图9: 创建产品时快速导入物模型

4、钉钉小程序

4.1、快速开始
参考文章《30分钟上手HaaS小程序开发》, 文中介绍了小程序开发工具IDE、HaaS钉钉小程序示例代码获取、钉钉小程序申请、小程序真机调试等基础内容。开发者可以根据这篇文章快速上手一个自己的小程序应用开发。

4.2、小程序：HaaS语音播放器
下载的“HaaS钉钉小程序示例代码”中包含了“HaaS智能语音播放器”示例源码。HaaS语音播放器中创建了2个page，分别是HaasAudioPlayer和playList。

HaasAudioPlayer页面功能有：加载/卸载HaaS100声卡，打开/关闭录音，TTS语音合成入口，当前播放音乐的基础信息（歌曲名、歌手名、专辑图片），播放模式选择，音效选择，音量控制，播放控制（播放、暂停、上一首、下一首）以及播放列表入口。
playList页面：自动从./mock/data.json中导入用户与设置好的播放列表信息。

4.2.1、小程序账号信息修改
要成功使用HaaS智能语音播放器小程序，开发者需要正确输入用户的账号信息，包括