“AI赋能硬件：亲手打造孩子专属的智能玩具”

千帆社区开发者黄定骅现身解读参加「千帆AppBuilder-智能硬件AIOT创意赛第一期」的心路历程。

前言

参赛者需基于以下五类主题（任选其一），调用AppBuilder内置工具组件/自定义组件/知识库/数据库等，创建一个在智能硬件终端产品中能够产生实用价值的应用。

• 儿童陪伴类：为儿童提供趣味陪伴的AI agent，常见场景如绘本陪读、知识百科、人设陪伴等功能。
• 学习教育类：主要为学前和k12学生提供学习教育类AI agent，常见场景如专业英语口语陪练、AI体育老师、数学解题、单词记忆、汉字学习等。
• 娱乐互动类：为全年龄段用户提供娱乐互动类AI agent，常见场景如漫画头像生成、旅游规划、角色扮演、游戏攻略助手、宠物情绪识别等。
• 老年养生类：为老年人提供健康养生类AI agent，常见场景如健康问答、老年健康饮食助手、生活健康提醒等。
• 健康监测类：创作健康监测类AI agent，具体场景包括AI舌诊、家庭AI医生、AI陪伴减重等。

背景

随着AI与IoT技术的不断进步及其在实际应用中的深度融合，无论是智能家居还是教育领域，都将迎来更加智能化、高效化的发展前景，为人们的生活带来前所未有的便利与可能性。

基于前述的参赛背景，我选择了儿童陪伴类的参赛主题，主要就是可以给我那三岁的小朋友讲一些好听的，具有普适性意义的儿童童话故事，取材基本限定格林童话，安徒生童话，一千零一夜的这样的经典。主打一个陪伴～

开发板介绍

硬件方面其实有很多选择：树莓派，jetson，arduino不一而足，之前也曾经玩过一些时间的openwrt固件，也不算0基础。最近的AI火爆，想来想去只有基于x86架构的哪吒才是正当其时的

1. 开发板资料：

哪吒哪吒顾名思义，很小很能打。详细资料如下，有图有真相：

2. 开箱照片：

红色的就是主角哪吒了，接口有3个USB3.2和HDMI接口，网口（左侧），还有40针的GPIO和串口，官方还很贴心的放了一个绿联的无线双频网卡在里面。

项目介绍

1. 整体构思：

产品介绍：

微兔兔是一款拥有可爱造型的婴幼儿伴读功能的早教机器人，它具备音频互动和简单的图片识别功能。孩子可以通过与应用中的可爱角色对话，享受有趣的故事时间。该产品也能够识别特定位置的图片，能根据图片内容和小朋友互动进行场景式教学，同时通过内置的儿童语音互动鼓励孩子，让学习变得更加生动有趣。

微兔兔不仅仅是一个简单的玩具，它是一款具有创新性的早教工具，旨在通过趣味横生的方式帮助孩子发展关键的认知技能和社会交往能力。无论是对于渴望陪伴孩子成长的父母，还是对于希望探索新奇世界的幼儿来说，微兔兔都是一款不可或缺的好伙伴。

2. 方案架构：

2.1 软件部分

1. ASR部分，可以考虑本地whisper模型部署，也可以采用api的模式
2. 大模型部分，可以进行本地模型部署，充分利用openvino的推理平台能力；也可以走api的模式
3. TTS部分，可以考虑本地TTS合成部署，也可以采用api模式

2.2 硬件部分

以前打游戏有个闲置usb麦克风，然后外加一个网上买的单线usb音箱（因为哪吒板上没有音频接口的）：

后来发现其实有音箱麦克风一体的USB接口，可以省下一个USB扣，感觉这就很尴尬了。

MVP（最小化实现）

1. 软件开发环境

哪吒三太子自然要配个大红的底座，进来以后就是熟悉的配方熟悉的味道。Win11.为了调试麦克风设备和音箱设置还被迫去下了个kms activator来激活。

说实话其实IoT更适合用linux系统，从我个人角度来说很喜欢wsl系统（我死了），那个可以很方便的在windows下操作docker。这个世界没有docker我觉得很多都玩不转。说实话这个系统还是不错的配置了8G内存和64G存储，比我想象的要好很多了。

自然这里是有vscode的，这对于python的用户还是蛮友好的。虽然没有pycharm啥的，也凑合。

2. ASR部分

2.1 Whisper本地库

import pyaudio

import numpy as np

import whisper

# 初始化 Whisper 模型

model = whisper.load_model("base") # 可以选择 "tiny", "base", "small", "medium", "large"

# PyAudio 设置

chunk = 1024 # 每次读取的音频块大小

format = pyaudio.paInt16 # 音频格式

channels = 1 # 单声道

rate = 16000 # 采样率

p = pyaudio.PyAudio()

# 打开音频流

stream = p.open(format=format,

        channels=channels,

        rate=rate,

        input=True,

        frames_per_buffer=chunk)

print("开始实时语音识别...")

try:

  while True:

    # 读取音频数据

    data = stream.read(chunk)

    audio_data = np.frombuffer(data, dtype=np.int16)

    # 将音频数据转换为 Whisper 需要的格式

    audio_float = audio_data.astype(np.float32) / 32768.0 # 归一化到[-1, 1]

    audio_float = np.pad(audio_float, (0, 16000 - len(audio_float)), 'constant') # 填充到16秒长度

    # 进行语音识别

    result = model.transcribe(audio_float, fp16=False) # fp16=False是为了避免在某些硬件上出现问题

    print("识别结果:", result['text'])

except KeyboardInterrupt:

  print("停止语音识别.")

finally:

  # 关闭音频流

  stream.stop_stream()

  stream.close()

  p.terminate()

Whisper本地部署时可以的，这里用了base，一个很小的库但是效果。。。但感觉不太行，为了保证演示起见我们还是考虑采用API的方式；

2.2 ASR部分-Azure的API

当然你的订阅key和region自己选择；看了说明应该每个月只有5小时免费，不知道测试完是不是就给我哗哗的扣钱了😭

至于百度语音api考虑下次，本次比赛没有要求用百度tts～

# This example requires environment variables named "SPEECH_KEY" and "SPEECH_REGION"

speech_config = speechsdk.SpeechConfig(subscription='xxx', region='eastasia')

speech_config.speech_recognition_language="zh-CN"

audio_config = speechsdk.audio.AudioConfig(use_default_microphone=True)

speech_recognizer = speechsdk.SpeechRecognizer(speech_config=speech_config, audio_config=audio_config)

print("Speak into your microphone.")

def stop_cb(evt):

  print('CLOSING on {}'.format(evt))

  speech_recognizer.stop_continuous_recognition()

  global done

  done = True

def sent_to_model(text):

  response = get_response(text)

  if response:

    print("model response:",response)

    text_to_speech(response)

#speech_recognizer.recognizing.connect(lambda evt: print('RECOGNIZING: {}'.format(evt)))

speech_recognizer.recognized.connect(lambda evt: print('RECOGNIZED: {}'.format(evt)) or sent_to_model(evt.result.text))

speech_recognizer.session_started.connect(lambda evt: print('SESSION STARTED: {}'.format(evt)))

speech_recognizer.session_stopped.connect(lambda evt: print('SESSION STOPPED {}'.format(evt)))

speech_recognizer.canceled.connect(lambda evt: print('CANCELED {}'.format(evt)))

speech_recognizer.session_stopped.connect(stop_cb)

speech_recognizer.canceled.connect(stop_cb)

speech_recognizer.start_continuous_recognition()

while not done:

  time.sleep(.5)

其实还有很多api 的option，大家自己多试试。

2.3 LLM部分

比赛要求上appbuilder，冲！

import appbuilder

import os

os.environ['APPBUILDER_TOKEN'] = "xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx"

app_id = "acf19b27-1019-45fb-b163-a454d31ef014"

def agent_query( query: str):

  # 初始化Agent实例

  agent = appbuilder.AppBuilderClient(app_id)

  # 创建会话ID

  conversation_id = agent.create_conversation()

  print("您的AppBuilder App ID为：{}".format(app_id))

  print("processing")

  response_message = agent.run(conversation_id=conversation_id, query=query)

  description = response_message.content.answer

  return description

if __name__ == '__main__':

  prompt = '讲一个灰姑娘的故事'

  print(agent_query(prompt))

喜欢折腾的可以参考openvino的本地qwen2.5-7b部署

https://community.modelscope.cn/66f10c6b2db35d1195eed3c8.html

2.4 TTS部分

API方式，我们这里还是用的Azure：

async def text_to_speech(text):

  speech_config2 = speechsdk.SpeechConfig(subscription='xxx', region='eastasia')

  audio_config2 = speechsdk.audio.AudioOutputConfig(use_default_speaker=True)

  # The neural multilingual voice can speak different languages based on the input text.

  speech_config2.speech_synthesis_voice_name='zh-CN-XiaoyiNeural'

  speech_synthesizer = speechsdk.SpeechSynthesizer(speech_config=speech_config2, audio_config=audio_config2)

  # Get text from the console and synthesize to the default speaker.

  print("tts=>>>",text)

  speech_synthesis_result = speech_synthesizer.speak_text_async(text).get()

  if speech_synthesis_result.reason == speechsdk.ResultReason.SynthesizingAudioCompleted:

    print("Speech synthesized for text [{}]".format(text))

  elif speech_synthesis_result.reason == speechsdk.ResultReason.Canceled:

    cancellation_details = speech_synthesis_result.cancellation_details

    print("Speech synthesis canceled: {}".format(cancellation_details.reason))

    if cancellation_details.reason == speechsdk.CancellationReason.Error:

      if cancellation_details.error_details:

        print("Error details: {}".format(cancellation_details.error_details))

        print("Did you set the speech resource key and region values?")

这里其实 一直有个小bug和问题，有时候会发现有合成的语音直接被ASR捕捉了，然后试了很多方式，设置asr_active和tts_active的开关量来控制希望在TTS过程中不会有声音被ASR捕捉，但是一直不怎么成功。后续引入线程机制，初步测试感觉引入线程机制是比较有效的，但是真正的串音好像还没有彻底解决。

我甚至提了一个issue给微软的ASR团队。

https://github.com/Azure-Samples/cognitive-services-speech-sdk/issues/2608

估计解决起来应该需要研究下回音消除或者这种串扰具体发生的机理，还请懂得大侠不吝赐教。

本地TTS的部署：

https://www.cnblogs.com/obullxl/p/18239327/NTopic2024060901

演示

录了一段演示视频，录得效果没有很好，儿子还不太熟悉，程序设定的也不太好，大家多多包涵。

后记

首先感谢百度的智能硬件第一场赛事，也感谢千帆平台的各种资源和api，再呢就感谢我的家人尤其是我的老婆和儿子，最近调试的有点冒火，是不是受了三太子的影响，哈哈。

这个算是给儿子的生日礼物吧。希望他能真正成长起来。

后续其实这块板子还是可以做很多事情的，接上摄像头和多模态大模型做一些图像或者视频识别，甚至视频分析Yolo都应该都可以，接上轮子和伺服电机就可以跑了。

所以想想空间还是蛮大的。这次的确也是第一次能够结合硬件和大模型做点好玩的东西，感觉AI的领域空间无限大，再次感谢家人的陪伴和支持，也感谢大家看到最后。

文章来自于“百度开发者中心”，作者“黄定骅”。