开题报告
一、个人信息
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姓名： |
毕业院校： |
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学院： |
专业名称： |
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政治面貌： |
出生日期： |
二、题目信息
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研究方向： |
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三、主要学习工作经历：
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四、选题依据
| 选题背景与意义： 在人工智能和模式识别技术的影响下,以语音、手势等贴近人类沟通本能的自然交互方式开始逐步在各个方面进入大众视野 ,智能音箱产品凭借价格低廉,可以连接多种家居智能设备,语音交互方式自然便捷并达到日常对话沟通要求,成为智能家居中重要的一环,语音交互方式也以智能音箱等多种智能化设备为载体,获得了用户的广泛认可和接纳。 随着国内随者工业2025的提出，物联网技术已经引起国内学术界、工业界和新闻媒体的高度重视，万物互联让物物有了智慧赋能的可能。传统开发方式需要花费巨大的人力、物力和时间，而基于物联网平台的开发方式可以简化开发过程、缩小开发周期、大幅减少开发成本。物联网平台为设备提供安全可靠的连接通信能力，向下连接海量设备，支撑设备数据采集上云；向上提供云端API，服务端通过调用云端API将指令下发至设备端，实现远程控制。物联网平台也提供了其他增值能力，如设备管理、规则引擎等，为各类IoT场景和行业开发者赋能。 |
| 文献综述：
家居智能化（欧洲称为Smart House，美国成为 Wise House）在物联网领域一直都是热度很高的关注点。目前，随着物联网技术的发展和人工智能的赋能，智能家居生态系统也在不断革命。其中，在人工智能和模式识别技术的影响下,以语音、手势等贴近人类沟通本能的自然交互方式开始逐步在各个方面进入大众视野。值得一提，随者语音识别系统的不断成熟和日趋完善，语音技术有望在未来几年内吸引数十亿的用户。专家预测，在未来5年内，几乎每个应用程序都会以某种形式集成语音技术。从家庭自动化到电子商务到医疗保健再到汽车，各行各业都在将物联网功能与语音识别技术相结合，以满足不断变化的消费者需求并释放业务优势。由连网设备和功能组成的智能家居生态系统使远程访问和实时监控成为可能，而语音控制系统将智能家居自动化提升到了一个新的水平。
国外近年来研究家居系统在自动化和交互技术的优化与创新方面的研究从未间断，研究内容也相当丰富。Mithil K M [1]等人提出利用自然语言处理和机器学习概念的交互式语音控制人形智能家居原型，解决了大多数当前系统都有一个物理实体的问题。Humaid AlShu'eili[2]等人提出基于语音识别的无线家庭自动化系统，详细介绍了已构建和实施的无线家庭自动化系统（WHAS）的总体设计。另外，诸如Amazon Echo、Google Nest和Samsung SmartThings之类的智能家居中心使用户可以使用简单的语音命令来管理连网设备——所有这些设备都是从单一的界面进行管理。Umber Shamim [3]等人提出通过语音启用：使用交互式智能代理（ISA）的启用语音的环境控制（EC）设备。随者智能音箱的流行为家具生态布局，Anoja Rajalakshmi[4]等人使用Node-Red和Alexa的物联网，旨在解决硬件限制和固件频繁更换等问题；Cu Pham[5]等人将语音服务用于智能家居环境，提出一个将Alexa语音服务集成到基于ECHONET的智能家居中的平台的解决方案。
而国内随者工业2025的提出，物联网技术已经引起国内学术界、工业界和新闻媒体的高度重视。当前物联网的定义、内在原理、体系结构和系统模型等方面还存在许多值得探讨的问题，沈苏彬[6]等人在总结物联网特征基础上,对物联网的研究提出了建议。在国内，物联网的四层模型中平台层建设如火如荼，哈尔滨工业大学的邓中祚[7]基于Yeelink云智能平台设计并实现智能家居控制系统；王平[8]等人也基于物联网平台实现智能家居中心控制系统设计。另外，诸如阿里的天猫精灵、百度的小度音箱、小米的小爱同学等智能音箱也在积极为智能家居生态布局。在单片机与嵌入式系统应用期刊2019年09期[9]阿里巴巴人工智能实验室硬件终端总经理茹忆访谈中，蓝牙mesh助力阿里巴巴布局智能家居生态。如何评估一款智能家居语音产品的设计情况是一项值得研究的课题，北京邮电大学的李豪[10]提出了面向智能家居的语音交互设计评估体系研究，张婷婷[11]等人基于文本挖掘的智能音箱在线评论分析。
总体而言，目前国内外对于智能家居生态的理论研究一直在不断的创新与发展，同时很多相关企业也在积极建设物联网生态，特别是物联网平台的搭建和人工智能的AIOT赋能。而人机交互方式的创新与改变，无不影响着智能家居生态的格局，以语音、手势等贴近人类沟通本能的自然交互方式正在改变人们的生活方式。物联网技术在不断发展，对开发模式的方式也产生了巨大的改变。在未来的时间，我们还需在物联网技术和自然交互技术方面进行创新与发展，为家居系统构建一个更加舒适、更加智能的生态。 |
| 主要参考文献：
[1] M. K. M, K. B. Mukesh Kumar, L. Sharma, M. Z. Sayeed Pasha and K. H. D, "An Interactive Voice Controlled Humanoid Smart Home Prototype Using Concepts of Natural Language Processing and Machine Learning," 2018 3rd IEEE International Conference on Recent Trends in Electronics, Information & Communication Technology (RTEICT), Bangalore, India, 2018, pp. 1537-1546, doi: 10.1109/RTEICT42901.2018.9012359.
[2] H. AlShu'eili, G. S. Gupta and S. Mukhopadhyay, "Voice recognition based wireless home automation system," 2011 4th International Conference on Mechatronics (ICOM), Kuala Lumpur, 2011, pp. 1-6, doi: 10.1109/ICOM.2011.5937116.
[3] U. Shamim, G. Spinelli, A. Woodcock and A. Nair, "Enabling by Voice: Voice Enabled Environmental Control (EC) Devices Using Interactive Smart Agents (ISA)," 2019 IEEE 23rd International Symposium on Consumer Technologies (ISCT), Ancona, Italy, 2019, pp. 68-73, doi: 10.1109/ISCE.2019.8901028.
[4] A. Rajalakshmi and H. Shahnasser, "Internet of Things using Node-Red and alexa," 2017 17th International Symposium on Communications and Information Technologies (ISCIT), Cairns, QLD, 2017, pp. 1-4, doi: 10.1109/ISCIT.2017.8261194.
[5] C. Pham, Y. Lim and Y. Tan, "A Platform for Integrating Alexa Voice Service into ECHONET-Based Smart Homes," 2018 IEEE International Conference on Consumer Electronics-Taiwan (ICCE-TW), Taichung, 2018, pp. 1-5, doi: 10.1109/ICCE-China.2018.8448893.
[6] 沈苏彬,范曲立,宗平,毛燕琴,黄维.物联网的体系结构与相关技术研究[J].南京邮电大学学报(自然科学版),2009,29(06):1-11.
[7] 邓中祚. 智能家居控制系统设计与实现[D].哈尔滨工业大学,2015.
[8] 王平,王焱.基于物联网平台的智能家居中心控制系统设计[J].计算机测量与控制,2020,28(11):79-83.
[9] 李佳蓉.蓝牙mesh助力阿里巴巴布局智能家居生态——阿里巴巴人工智能实验室硬件终端总经理茹忆访谈[J].单片机与嵌入式系统应用,2019,19(09):93.
[10] 李豪. 面向智能家居的语音交互设计评估体系研究[D].北京邮电大学,2019.
[11] 张婷婷,许聪,孟晓波. 基于文本挖掘的智能音箱在线评论分析[A]. 中国统计教育学会、教育部高等学校统计学类专业教学指导委员会、全国应用统计专业学位研究生教育指导委员会.2019年（第六届）全国大学生统计建模大赛优秀论文集[C].中国统计教育学会、教育部高等学校统计学类专业教学指导委员会、全国应用统计专业学位研究生教育指导委员会:中国统计教育学会,2019:79. |
五、研究目标与内容
| 研究目标：面向智能音箱为载体的语音交互方式，设计并实现一个基于天猫精灵的的家居系统 （1）基于物联网四层模型，研究天猫精灵IoT开放平台和物联网平台，对其平台网络接入方式、系统感知控制模块和系统展示应用模块进行分析，设计系统整体架构； （2）针对平台网络接入方式，研究相关物联网技术原理，搭建数据通路，实现数据的流转； （3）针对系统感知控制模块，研究相关设备模块的原理与使用，实现设备感知和设备控制； （4）针对系统展示应用模块，研究基于物联网平台的APP开发，实现信息显示和设备控制； （5）对所设计的系统进行综合调试、性能分析、系统评估等。 |
| 研究内容： 围绕着天猫精灵语音交互的家居系统开发，在调查分析国内外研究现状的基础上，根据物联网的四层模型即感知与控制层、网络层、平台层、应用层，利用天猫精灵IoT开放平台和物联网平台承上启下的功能，进行系统开发、系统调试、系统评估。系统的主要功能模块包括室内环境检测模块和家用电器控制模块，如温湿度模块、电灯、风扇、窗帘等。 |
六、创新之处
| 1、物联网技术：针对传统家居系统离线弊端，利用物联网技术如WiFi、ZigBee、Bluetooth等为家居赋能上网，实现网络查询、控制功能； 2、物联网平台：针对传统开发方式的弊端，利用物联网平台可以简化开发方式、缩短开发周期，实现设备快速、安全上线、管理等，以及产品化开发、批量生产； 3、语音生态圈：针对于传统家居设备的手控弊端，利用天猫精灵的智能音箱生态，可以快速布局语音赋能的家居系统，实现多情景语音交互； |
七、研究思路
| 1、准备知识 （1）收集天猫精灵Iot平台和物联网平台开发相关技术文档和资料，熟悉主流的物联网开发平台以及开发框架，熟悉常用开发环境的基本配置和使用方法，； （2）熟悉wifi、bluetooth等通信模组和通信协议的原理和使用； （3）熟悉相关传感器的原理和使用，熟悉相关设备模块的原理和使用； 2、对智能家居系统进行需求分析和主要模块设计，智能家居系统的详细设计和界面设计，并进行硬件选型，列出购置清单列表； 3、搭建开发环境，完成系统主要代码开发，测试各个功能模块，并修改完善。 4、论文撰写、完善，提交，论文答辩 |
八、研究计划及预期成果
| 研究计划：
预期成果：依托于天猫精灵的语音生态系统，基于物联网平台去实现“设备-云端-App”的家居设备开发，主要功能包括室内环境检测模块和家用电器控制模块。其中，室内环境检测模块负责检测室内环境质量参数，利用温湿度传感器实时检测室内的温度和湿度，可以通过与天猫精灵语音对话询问室内温度、湿度；家用电器控制模块负责对常用家电设备的状态查询、动作控制，可以通过与天猫精灵语音对话实现对灯、风扇、窗帘的状态查询以及对开关控制。 |
九、导师具体意见
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十、开题报告会意见
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导师签名：