基于VIT获取天气信息的RT语音识别系统
- [一， 文档简介](#一， 文档简介)
- [二， 相关准备](#二， 相关准备)
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- [2.1 天气API平台](#2.1 天气API平台)
- [2.2 postman测试天气API](#2.2 postman测试天气API)
- [2.3 VIT自定义命令](#2.3 VIT自定义命令)
- [三， 代码讲解](#三， 代码讲解)
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- [3.1 LWIP socket 客户端代码获取天气API](#3.1 LWIP socket 客户端代码获取天气API)
- [3.2 VIT识别自定义代码添加](#3.2 VIT识别自定义代码添加)
- [3.3 语音识别天气信息](#3.3 语音识别天气信息)
- [四， 测试结果](#四， 测试结果)
- [五， 问题总结](#五， 问题总结)
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- [5.1 LWIP获取天气失败](#5.1 LWIP获取天气失败)
- [5.2 VIT LWIP融合内存不足](#5.2 VIT LWIP融合内存不足)
- [5.3 中文打印](#5.3 中文打印)
一， 文档简介
NXP EdgeReady解决方案可以使用RT106/5 S/L/A/F实现语音语音识别，但是相关配套软件库对于RT4位系列仅仅局限于S/L/A/F系列, 如果想使用普通的RT芯片是否可以同样实现语音识别功能呢？NXP官方推出VIT软件包，可以支持RT1060,RT1160,RT1170,RT600,RT500实现基于SDK的语音识别功能。
对于天气信息的获取，通常可以对接第三方平台或者云端的天气API，使用http客户端形式直接获取，目前支持天气API的平台很多，可以直接注册后实现调用，所以可以利用RT SDK的lwip socket 客户端形式调用对应的天气API，实现实时具体地理位置的天气预报数据。
本文将使用MIMXRT1060-EVK基于SDK VIT实现客户自定义唤醒词和识别词的识别，以及LWIP socket客户端实现上海实时天气的信息获取，并且打印到终端，暂时未添加播报，因为还需要实现实时TTS功能。
本文系统结构框图如下：
图1 系统框图
本系统VIT自定义唤醒词为"小恩小恩"，唤醒之后可以识别如下识别词之一:"开灯"，"关灯"，"今天天气"，"明天天气"，"后天天气"。开灯关灯即开关板上外接LED红灯。"今天天气"获取当日天气预报，格式如下：
"date": "2022-05-27", "week": "5", "dayweather": "阴", "nightweather": "阴", "daytemp": "28", "nighttemp": "21", "daywind": "东南", "nightwind": "东南", "daypower": "≤3", "nightpower": "≤3"
"明天天气"，"后天天气"也是同样格式，只是相对当日日期退后1-2天。获取天气，MIMXRT1060-EVK板子需要联网，实现高德地图天气API的获取。
二， 相关准备
2.1 天气API平台
目前网上能够获取天气的第三方平台很多，比如：百度智能云，百度地图API，华为云平台，聚合天气，高德地图API等等。本文试了几个，测试结果发现：百度智能云，日免费调用次数少，需要实时合成AK,SK，调用繁琐；百度地图API需要上传身份证信息；其他几个也有类似情况。最终，选择了注册方便，日调用次数多，反馈天气数据信息相对全的高德地图API。
下面主要讲关于高德地图API的情况，进入链接：
https://lbs.amap.com/api/webservice/guide/api/weatherinfo
根据链接申请账号以及API key，然后添加相关参数可以实现天气API的调用。
申请API Key 情况如下：
图2 高德地图API key
下图是调用量情况：
图3 高德地图API调用量
下图是具体调用API情况：
图4 天气API调用参数
所以，一个调用高德地图API的完整链接情况如下：
bash
https://restapi.amap.com/v3/weather/weatherInfo?key=xxxxxxx&city=xxx&extensions=all&output=JSON如果需要测试上海天气，city代码为310000。
2.2 postman测试天气API
Postman是一个接口测试工具,在做接口测试的时候,Postman相当于一个客户端,它可以模拟用户发起的各类HTTP请求,将请求数据发送至服务端,获取对应的响应结果, 从而验证响应中的结果数据是否和预期值相匹配. Postman下载链接：https://www.postman.com/
找到合适的天气API平台与调用链接之后，首先先用postman做一个http的get去获取试试看，根据图4，填入相关参数到postman:
图5 postman调用天气API
发送之后，可以在7位置看到获取的天气信息，一个完整的all信息如下：
c
{
"status": "1",
"count": "1",
"info": "OK",
"infocode": "10000",
"forecasts": [
{
"city": "上海市",
"adcode": "310000",
"province": "上海",
"reporttime": "2022-05-27 17:34:12",
"casts": [
{
"date": "2022-05-27",
"week": "5",
"dayweather": "阴",
"nightweather": "阴",
"daytemp": "28",
"nighttemp": "21",
"daywind": "东南",
"nightwind": "东南",
"daypower": "≤3",
"nightpower": "≤3"
},
{
"date": "2022-05-28",
"week": "6",
"dayweather": "小雨",
"nightweather": "中雨",
"daytemp": "24",
"nighttemp": "20",
"daywind": "东南",
"nightwind": "东南",
"daypower": "≤3",
"nightpower": "≤3"
},
{
"date": "2022-05-29",
"week": "7",
"dayweather": "大雨",
"nightweather": "小雨",
"daytemp": "23",
"nighttemp": "20",
"daywind": "南",
"nightwind": "南",
"daypower": "≤3",
"nightpower": "≤3"
},
{
"date": "2022-05-30",
"week": "1",
"dayweather": "小雨",
"nightweather": "晴",
"daytemp": "27",
"nighttemp": "20",
"daywind": "北",
"nightwind": "北",
"daypower": "≤3",
"nightpower": "≤3"
}
]
}
]
}这里可以看到，可以连续或许从GET命令开始的4天时间，所以有这个数据，我们就很容易的得到了天气信息。
从postman，还可以查看具体的代码情况，如下：
图6 postman调用API HTTP代码
现在有API，而且经过测试，可以完整获取天气信息，这里就可以考虑把对应的http客户端API添加到MIMXRT1060-EVK的代码中去。
2.3 VIT自定义命令
从RT1060 SDK的maestro代码中，我们可以知道SDK已经支持了VIT库，何为VIT？
VIT全名为：Voice Intelligent Technology，该库提供语音识别服务，旨在唤醒和识别具体命令，控制IOT以及智能家居。
图7 VIT系统框图
在我们SDK代码中，已经提供了生成好的唤醒词和命令词，并放在了VIT_Model.h文件中，那么如果在客户的项目中，如何自定义唤醒词和命令词呢？通过NXP的努力，我们已经做成了网页的形式，可以供客户自行选择，然后生成对应的VIT_Model.h文件，供代码调用。VIT命令词生成网页:
登录官方账号之后，可以自行选择RT芯片，唤醒词，命令词。这里需要注意，目前仅支持如下RT芯片：
支持RT1060,RT1160,RT1170,RT600,RT500
关于生成唤醒词和命令词，相关情况如下：
图8 自定义VIT配置
图9 生成结果
下载生成的模型，可以得到VIT_Model_cn.h，打开可以看到命令词信息以及相关的模型数据存放在const PL_MEM_ALIGN(PL_UINT8 VIT_Model_cn[], VIT_MODEL_ALIGN_BYTES) 数组中，命令词信息如下：
WakeWord supported : " 小恩 小恩 " Voice Commands supported
Cmd_Id : Cmd_Name
0 : UNKNOWN
1 : 开灯
2 : 关灯
3 : 今天 天气
4 : 明天 天气
5 : 后天 天气
使用maestro_record代码出部测试自定义命令结果：
图10 自定义唤醒词命令词测试
从测试结果可以看到，唤醒词和命令词均可以成功识别。
三， 代码讲解
3.1 LWIP socket 客户端代码获取天气API
从2.2章节，我们已经能够得到获取天气API并且通过测试，能够成功实现天气的获取，所以就需要结合自身系统的需求添加相关的命令。 对于天气API的获取，基于RT1060 SDK的lwip代码，采用socket client的形式。相关代码如下：
c
#define PORT 80
#define IP_ADDR "59.82.9.133"
uint8_t get_weather[]= "GET /v3/weather/weatherInfo?key=xxx&city=310000&extensions=all&output=JSON HTTP/1.1\r\nHost: restapi.amap.com\r\n\r\n\r\n\r\n";
if (sys_thread_new("weather_main", weathermain_thread, NULL, HTTPD_STACKSIZE, HTTPD_PRIORITY) == NULL)
LWIP_ASSERT("main(): Task creation failed.", 0);
static void weathermain_thread(void *arg)
{
static struct netif netif;
ip4_addr_t netif_ipaddr, netif_netmask, netif_gw;
ethernetif_config_t enet_config = {
.phyHandle = &phyHandle,
.macAddress = configMAC_ADDR,
};
LWIP_UNUSED_ARG(arg);
mdioHandle.resource.csrClock_Hz = EXAMPLE_CLOCK_FREQ;
IP4_ADDR(&netif_ipaddr, configIP_ADDR0, configIP_ADDR1, configIP_ADDR2, configIP_ADDR3);
IP4_ADDR(&netif_netmask, configNET_MASK0, configNET_MASK1, configNET_MASK2, configNET_MASK3);
IP4_ADDR(&netif_gw, configGW_ADDR0, configGW_ADDR1, configGW_ADDR2, configGW_ADDR3);
tcpip_init(NULL, NULL);
netifapi_netif_add(&netif, &netif_ipaddr, &netif_netmask, &netif_gw, &enet_config, EXAMPLE_NETIF_INIT_FN,
tcpip_input);
netifapi_netif_set_default(&netif);
netifapi_netif_set_up(&netif);
PRINTF("\r\n************************************************\r\n");
PRINTF(" TCP client example\r\n");
PRINTF("************************************************\r\n");
PRINTF(" IPv4 Address : %u.%u.%u.%u\r\n", ((u8_t *)&netif_ipaddr)[0], ((u8_t *)&netif_ipaddr)[1],
((u8_t *)&netif_ipaddr)[2], ((u8_t *)&netif_ipaddr)[3]);
PRINTF(" IPv4 Subnet mask : %u.%u.%u.%u\r\n", ((u8_t *)&netif_netmask)[0], ((u8_t *)&netif_netmask)[1],
((u8_t *)&netif_netmask)[2], ((u8_t *)&netif_netmask)[3]);
PRINTF(" IPv4 Gateway : %u.%u.%u.%u\r\n", ((u8_t *)&netif_gw)[0], ((u8_t *)&netif_gw)[1],
((u8_t *)&netif_gw)[2], ((u8_t *)&netif_gw)[3]);
PRINTF("************************************************\r\n");
sys_thread_new("weather", weather_thread, NULL, DEFAULT_THREAD_STACKSIZE, DEFAULT_THREAD_PRIO);
vTaskDelete(NULL);
}
static void weather_thread(void *arg)
{
int sock = -1,rece;
struct sockaddr_in client_addr;
char* host_ip;
ip4_addr_t dns_ip;
err_t err;
uint32_t *pSDRAM= pvPortMalloc(BUF_LEN);//
host_ip = HOST_NAME;
PRINTF("host name : %s , host_ip : %s\r\n",HOST_NAME,host_ip);
while(1)
{
sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock < 0)
{
PRINTF("Socket error\n");
vTaskDelay(10);
continue;
}
client_addr.sin_family = AF_INET;
client_addr.sin_port = htons(PORT);
client_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(host_ip);
memset(&(client_addr.sin_zero), 0, sizeof(client_addr.sin_zero));
if (connect(sock, (struct sockaddr *)&client_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1)
{
PRINTF("Connect failed!\n");
closesocket(sock);
vTaskDelay(10);
continue;
}
PRINTF("Connect to server successful!\r\n");
write(sock,get_weather,sizeof(get_weather));
while (1)
{
rece = recv(sock, (uint8_t*)pSDRAM, BUF_LEN, 0);//BUF_LEN
if (rece <= 0)
break;
memcpy(weather_data.weather_info, pSDRAM,1500);//max 1457
}
Weather_process();
memset(pSDRAM,0,BUF_LEN);
closesocket(sock);
vTaskDelay(10000);
}
}3.2 VIT识别自定义代码添加
将之前生成的VIT_Model_cn.h，替换到maestro_record工程的文件夹路径：vit\RT1060_CortexM7\Lib
具体唤醒词和识别词相关代码，可以从代码vit_pro.c中查看，主要涉及函数为
int VIT_Execute(void *arg, void *inputBuffer, int size)
代码修改如下，主要是记录唤醒以及唤醒词号，用于具体的功能控制，这里直接控制的命令是本地"开灯"，"关灯"命令，至于天气命令需要调用socket client API，所以在主程序lwip调用区域结合命令词识别号予以调用：
c
if (VIT_DetectionResults == VIT_WW_DETECTED)
{
PRINTF(" - WakeWord detected \r\n");
weather_data.ww_flag = 1; //kerry
}
else if (VIT_DetectionResults == VIT_VC_DETECTED)
{
// Retrieve id of the Voice Command detected
// String of the Command can also be retrieved (when WW and CMDs strings are integrated in Model)
VIT_Status = VIT_GetVoiceCommandFound(VITHandle, &VoiceCommand);
if (VIT_Status != VIT_SUCCESS)
{
PRINTF("VIT_GetVoiceCommandFound error: %d\r\n", VIT_Status);
return VIT_Status; // will stop processing VIT and go directly to MEM free
}
else
{
PRINTF(" - Voice Command detected %d", VoiceCommand.Cmd_Id);
weather_data.vc_index = VoiceCommand.Cmd_Id;//kerry 1:ledon 2:ledoff 3:today weather 4:tomorrow weather 5:aftertomorrow weather
if(weather_data.vc_index == 1)//1
{
GPIO_PinWrite(GPIO1, 3, 1U); //pull high
PRINTF(" led on!\r\n");
}
else if(weather_data.vc_index == 2)//2
{
GPIO_PinWrite(GPIO1, 3, 0U); //pull low
PRINTF(" led off!\r\n");
}
// Retrieve CMD Name: OPTIONAL
// Check first if CMD string is present
if (VoiceCommand.pCmd_Name != PL_NULL)
{
PRINTF(" %s\r\n", VoiceCommand.pCmd_Name);
}
else
{
PRINTF("\r\n");
}
}
}3.3 语音识别天气信息
这里代码在weather_thread的while循环中，判断唤醒词与识别词，只有满足条件才建立socket连接，并且写API以及获取数据：
代码如下：
c
while(1)
{
//add the command request, only cmd == weather flag, then call it.
if((weather_data.ww_flag == 1))
{
if(weather_data.vc_index >= 3)
{
// create connection
//write API and read API
Weather_process();
}
memset(weather_data.weather_info, 0, sizeof(weather_data.weather_info));
weather_data.ww_flag = 0;
weather_data.vc_index = 0;
}
vTaskDelay(10000);
}
void Weather_process(void)
{
char * datap, *datap1;
datap = strstr((char*)weather_data.weather_info,"date");
if(datap != NULL)
{
memcpy(today_weather, datap,184);//max 1457
if(weather_data.vc_index == 3)
{
PRINTF("\r\n*******************today weather***********************************\n\r");
PRINTF("%s\r\n",today_weather);
return;
}
}
else
return;
datap1 = strstr(datap+4,"date");
if(datap1 != NULL)
{
memcpy(tomorr_weather, datap1,184);//max 1457
if(weather_data.vc_index == 4)
{
PRINTF("\r\n*******************tomorrow weather*******************************\n\r");
PRINTF("%s\r\n",tomorr_weather);
return;
}
}
else
return;
datap = strstr(datap1+4,"date");
if(datap != NULL)
{
memcpy(aftertom_weather, datap,184);//max 1457
if(weather_data.vc_index == 5)
{
PRINTF("\r\n*******************after tomorrow weather**************************\n\r");
PRINTF("%s\r\n",aftertom_weather);
}
}
else
return;
}其中Weather_process函数是根据语音识别的天气索引号，去提取对应的日期数据，并且打印出来。
四， 测试结果
测情况视频：
record
打印log结果如图11，经过测试，可以看到唤醒和识别词均能成功识别，在识别词序号为3，4，5也就是天气获取的时候，可以成功调用lwip socket client API，成功获取天气信息并且打印。
图11 系统测试打印结果
五， 问题总结
5.1 LWIP获取天气失败
在构建代码的时候，开始调用postman提供的http代码：
c
GET /v3/weather/weatherInfo?key=8f777fc7d867908eebbad7f96a13af10& city=310000& extensions=all& output=JSON HTTP/1.1
Host: restapi.amap.com添加到socket API函数中：
c
uint8_t get_weather[]= "GET /v3/weather/weatherInfo?key=xxx&city=310000&extensions=all&output=JSON HTTP/1.1\r\nHost: restapi.amap.com\r\n\r\n\r\n\r\n";调用结果总是出现下图：
图12 初测socket 天气API返回问题
可以看到，sever也连接了，http数据也返回了，就是出现参数错误的情况，最后检查下来，采用了postman C代码情况，构建数组如下：
uint8_t get_weather[]= "GET /v3/weather/weatherInfo?key=xxx&city=310000&extensions=all&output=JSON HTTP/1.1\r\nHost: restapi.amap.com\r\n\r\n\r\n\r\n";
然后能够成功获取天气数据，和postman一致。
5.2 VIT LWIP融合内存不足
在融合maestro_record和lwip socket代码之后，编译出现DTCM内存溢出问题。
图13 融合代码内存溢出
经过各种精简，还是会导致DTCM超出一点，最后选择重新配置flexRAM：
OCRAM 192K, DTCM 256K, ITCM 64K
再次编译，内存问题解决：
图14 flexRAM重配
5.3 中文打印
直接使用teraterm，当天气API返回有中文的时候，打印中文出乱码，后经过如下配置，实现中文的打印：
Setup -> Terminal
Locale : american->chinese
Codepage : 65001 ->936
图15 Tera Term中文打印
综上，经过各种资料收集，问题解决，最后在MIMXRT1060-EVK上结合官方SDK，完成了自定义VIT语音命令获取实时天气与本地控制的功能。说明，就算是普通的RT非S/L/A/F系列，也可以利用VIT实现语音识别功能。