HaaS100 云端钉一体智能语音播放器设计

Posted 2021-05-15 HaaS技术社区

1、方案介绍

本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（以下简称智能语音播放器）。该智能语音播放器包含如下功能：

• 小程序：加载/卸载HaaS100上的声卡模块。
• 小程序：TTS (Text to Speech)，智能语音合成功能。
• 小程序：开始/停止录音，录音文件路径/data/rec.pcm
• 小程序：音乐播放功能，例如音量调节/播放/暂停/上一首/下一首/播放列表等。
• 本地Shell: 音量调节，本地音乐/ 网络音乐播放（.mp3, .m4a等格式）等。
• 本地Shell: TTS (Text to Speech)，智能语音合成功能。

2、硬件平台搭建

智能语音播放器整体框架图

智能语音播放器需要的硬件模块包括：
硬件列表
购买链接仅供参考！！我们不负责商家发货的品质保障等问题！！

名称	数量	参考链接
HaaS100开发版	1	HaaS100购买链接
microUSB数据线	1	普通microusb线即可
模拟MIC	1	模拟MIC参考链接
喇叭	1	喇叭参考链接

3、HaaS100端测软件开发

智能语音播放器的软件框架图，

如上图所示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/喇叭驱动：HaaS100上已经集成了模拟麦和Speaker的硬件驱动。

HaaS100端测软件开发包含以下3个步骤：

• AliOS Things开发环境搭建
• HaaS100智能语音播放器代码下载
• 代码编译、烧录

3.1、AliOS Things开发环境搭建

开发环境的搭建请参考 @ref HaaS100_Quick_Start (搭建开发环境章节)，其中详细的介绍了AliOS Things 3.3的IDE集成开发环境的搭建流程。

3.2、智能语音播放器代码下载

智能语音播放器的代码下载请参考 @ref HaaS100_Quick_Start (创建工程章节)，其中，

选择解决方案: “HaaS云端钉智能语音播放器”或者“audio_demo”
选择开发板: HaaS100

3.3、代码编译、烧录

编译audio_demo的过程如下：
– 首先下载uVoice组件依赖的codec源码

// 在AliOS Things 3.3的工程根目录下执行Shell命令
cd components/uvoice/codec/opensource/pvaac
python get_pv_aac.py
cd ../pvmp3
python get_pvmp3.py

– 参考 @ref HaaS100_Quick_Start (3.1 编译工程章节)，点击 ✅ 即可完成编译固件。

– 参考 @ref HaaS100_Quick_Start (3.2 烧录镜像章节)，点击 “⚡️” 即可完成烧录固件。

4、功能调试

智能语音播放器支持，

• 本地Shell命令行调试模式：又分为离线模式和在线模式
• 云端钉一体调试模式

其中离线调试模式支持从本地文件系统中播放音频，无需给HaaS100配网，可用于快速验证HaaS100的录音、播放的基本功能是否正常。在线调试模式要求HaaS100网络在线，支持网络音频的播放以及阿里巴巴达摩院TTS语音合成功能。

4.1、播放器离线调试

因为离线音频播放调试需要先在本地文件系统的/data分区中打包音频文件，目前支持.wav和.mp3等常见的音频格式。打包音频文件到/data分区方法如下，

// 拷贝音频文件到hardware/chip/haas1000/prebuild/data
cp ./test.mp3 hardware/chip/haas1000/prebuild/data

然后参考“编译、烧录”章节重新编译和烧录audio_demo固件。
HaaS100固件烧录成功之后可以在串口中敲入“help”命令查看所有支持的CLI调试命令，其中和智能语音播放器相关的常用命令和使用方法如下，

# 查看当前固件支持的所有Shell命令
help

# 加载HaaS100声卡驱动
sound_install_driver

# 循环播放.wav音频10次
sound_wav /data/7.wav 10

# 播放.mp3（只支持1次）
play fs:/data/6.mp3

# 开始录音、播放循环测试
sound_loopback start

# 结束录音、播放循环测试
sound_loopback stop

# 读取当前播放音量（0～100）
sound_getvol

# 设置当前播放音量为90 (0~100)
sound_setvol 90

4.2、播放器在线调试

当上述离线音频播放测试通过之后，证明HaaS100的录音、播放器的硬件和软件环境都是OK的了，接下来就可以尝试连接阿里云IoT平台进行在线音频播放器调试。请按下述步骤操作，

4.2.1 WI-FI 配网

HaaS100支持Shell命令行给WIFI配网，方法如下，

# 串口输入配网命令
netmgr -t wifi -c {ssid} {password}

如果配网信息和四元组信息都正确的情况下，HaaS100和阿里云IoT平台连接成功后有如下HardwareError 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。

• 首先更新github上的最新固件
• 然后通过Shell命令获取WIFI MAC地址,方法如下
• aos_mac WIFI
• 如果WIFI MAC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。
• 最后更新获取到的WIFI MAC，方法如下
• aos_mac WIFI XX:XX:XX:XX:XX:XX

4.2.2 播放在线音乐

当HaaS100配网成功且可以访问外网之后，可以尝试在串口Shell中使用“play”命令播放在线音乐了，

# 播放在线音乐url, 例如
play https://test-music-url.com

# 其中上面的测试音频url是无效的，因为涉及到潜在的音乐版权问题，需要开发者自己提供可以播放的音乐url。

4.2.3 TTS语音合成

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，您可以尝试免费试用版的“语音合成”功能，需要商用的用户也可以选择付费开通商用版。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。

用户首先登陆“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”和“AccessToken”两个重要信息。

创建智能语音交互项目和获取AppKey

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。

uvoice组件中修改AppKey和AccessToken代码位置

配置好AppKey和AccessToken之后，参考上述编译和烧录，按以下步骤可以本地测试TTS语音合成功能。

# TTS合成，生成的语音保存在/data/tts.mp3文件中
tts "今天上海天气晴转多云、气温26摄氏度" /data/tts.mp3

4.3 云端钉一体调试

智能语音播放器的云端钉一体调试模式包含：阿里云IoT平台配置，以及钉钉小程序开发两大部分。

4.3.1 阿里云IoT平台配置

阿里云物联网平台创建产品、设备的详细过程可以参考文章《阿里云物联网平台快速入门实践》

4.3.1.1 创建智能语音播放器产品

“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”（待发布）。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。

4.3.1.2 修改HaaS100四元组信息

在文件application/example/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）。HaaS100开源SDK中修改audio_demo四元组信息如下所示，

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）

阿里云物联网平台获取四元组信息页面:

备注：修改完四元组信息之后，别忘记参考2.3章节重新编译、烧录HaaS100固件。

4.3.2 钉钉小程序设计

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。

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(开源披露流程中，敬请期待)。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。

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以下用户信息，

4.3.2.1 accessKey信息

• accessKeyId
• accessKeySecret

这是钉钉小程序访问用户“阿里云物联网平台”账户的密钥信息，修改代码路径是./pages/app.js。
密钥信息修改位置参考

4.3.2.2 产品信息

• DeviceName
• ProductKey

这是钉钉小程序需要控制的用户物联网平台中的某个HaaS100设备。修改代码路径是./pages/HaasAudioPlayer/HaasAudioPlayer.js。
HaaS设备的密钥信息修改位置参考

4.3.2.3 修改播放列表

开发者可以自己修改歌曲播放列表，配置文件位于./mock/data.json。每首歌曲信息包含:

• id: 歌曲在播放列表中的id
• copyrightId：歌曲版权信息，可忽略
• picS: 歌曲在播放页面中显示的图片信息
• songName: 歌曲名
• singerName: 歌手名
• url: 歌曲链接，可以是本地文件系统中的歌曲文件，例如fs:/data/6.mp3，也可以是浏览器可以直接播放的网络歌曲链接。

5、总结

本文提供了“本地”和“云端钉一体”两种调试语音播放器的方式，本地的方式可以快速验证硬件和端测软件的基础功能是否OK，云端钉一体的方式让用户在任何一款手机、平板设备上都可以通过支付宝或者钉钉小程序远程控制HaaS100音乐播放器，更具有可玩性。祝您体验HaaS云端钉一体智能语音播放器方案愉快。

开发者支持

HaaS官方：https://haas.iot.aliyun.com/
HaaS技术社区：https://blog.csdn.net/HaaSTech
开发者钉钉群和公众号见下图，开发者钉钉群每天都有技术支持同学值班。