Python全栈项目--手机语音远程控制智能家居系统（含嵌入式控制）

Python全栈项目–手机语音远程控制智能家居系统含嵌入式控制一、项目简介本项目是一个面向智能家居物联网场景的 Python 全栈实战项目。系统支持在手机端网页中点击麦克风输入语音例如说出“打开客厅主灯”“卧室空调温度调到25”“我回来了”前端会调用浏览器 Web Speech API 将语音转换成文字FastAPI 后端完成指令解析、设备匹配、场景联动、日志记录并把控制命令下发给 ESP32/STM32/树莓派等嵌入式控制端。本项目实现了完整移动端语音输入能力和硬件控制链路手机网页语音输入 → Vue 前端 → FastAPI 鉴权接口 → 指令解析 → 设备/场景控制 ↓ 嵌入式命令队列 / HTTP直推 ↓ ESP32/STM32 控制继电器、PWM、红外、窗帘电机项目同时保留完整用户注册、登录、JWT 鉴权、设备管理、场景模式、日志审计功能适合用于课程设计、毕业设计原型和物联网项目二次开发。二、技术栈后端FastAPI、SQLAlchemy、Pydantic、JWT、Passlib数据库SQLite前端Vue 3 Vite手机语音Web Speech APISpeechRecognition / webkitSpeechRecognition嵌入式控制ESP32 Arduino 示例、HTTP 轮询、HTTP 回执、继电器/PWM 控制接口风格RESTful API认证方式OAuth2 Password Form Bearer Token部署方式后端 Uvicorn前端 Vite 开发服务器或静态构建部署三、系统架构手机 / 平板 / PC 浏览器 ├─ 登录/注册页面 ├─ 移动端语音按钮 ├─ 设备管理页面 ├─ 场景与日志页面 └─ 嵌入式命令队列页面 │ HTTP JWT FastAPI 后端 ├─ Auth 认证模块 ├─ Device 设备模块 ├─ Scene 场景模块 ├─ Voice Command 指令解析模块 ├─ Embedded Gateway 命令下发模块 └─ CommandLog 日志模块 │ ORM SQLite 数据库 │ ├─ pollingESP32 定时拉取 pending 命令 └─ http后端直接 POST 到嵌入式网关 endpoint前端负责用户交互、手机语音识别和状态展示后端负责认证、权限控制、语义解析、设备状态变更、场景联动、命令队列和数据持久化嵌入式端负责把后端命令转换成真实硬件动作。四、功能模块1. 用户认证模块用户注册用户登录密码哈希存储JWT token 生成与校验业务接口鉴权保护不同用户的设备、场景、日志互相隔离2. 手机端语音输入模块前端App.vue中封装浏览器语音识别能力constSpeechRecognitionwindow.SpeechRecognition||window.webkitSpeechRecognition recognitionnewSpeechRecognition()recognition.langzh-CNrecognition.continuousfalserecognition.interimResultstruerecognition.onresult(event){consttextArray.from(event.results).map(resultresult[0].transcript).join()voiceText.valuetextconstlastevent.results[event.results.length-1]if(last.isFinal)sendVoice()}用户可以在手机浏览器点击“按住/点击说话”识别结果会自动填入输入框并在最终识别完成后调用后端/api/voice/command。3. 智能设备模块设备不仅保存名称、房间、类型、状态、数值还增加了硬件控制字段字段说明hardware_id嵌入式设备编号例如 relay-light-1hardware_key设备轮询/回执使用的简单密钥protocol下发协议支持 polling、http、mqtt 预留、relayendpointHTTP 直推地址例如 http://192.168.1.50/controllast_command_at最近一次下发控制命令时间支持的设备类型包括灯光、空调、窗帘、插座、风扇、传感器等。4. 语音指令解析模块后端接收语音识别文本后进行规则解析“打开/开启/on” → 开启设备“关闭/关掉/off” → 关闭设备“调到/设置/温度/亮度/开度” 数字 → 设置设备数值精确命中场景口令 → 执行场景动作核心代码逻辑def_detect_action(text:str):normalizedtext.strip().lower()ifany(wordinnormalizedorwordintextforwordin[打开,开启,启动,on]):returnon,Noneifany(wordinnormalizedorwordintextforwordin[关闭,关掉,off]):returnoff,Noneifany(wordintextforwordin[调到,设置,温度,亮度,开度]):numsre.findall(r\d(?:\.\d)?,text)ifnums:returnset,float(nums[0])returnunknown,None5. 嵌入式控制模块后端在设备状态改变时会创建一条EmbeddedCommand记录。命令包含 hardware_id、action、value、payload、status 等字段。payload{command_id:command.id,hardware_id:device.hardware_id,device_name:device.name,room:device.room,type:device.device_type,action:action,status:bool(device.status),value:float(device.valueor0),unit:device.unit,source:source,}下发模式有两种polling 模式ESP32 定时调用后端接口拉取 pending 命令执行后 ack。http 模式后端直接向设备 endpoint POST JSON如果推送失败则保留 pending 队列等待轮询补偿。6. 场景联动模块用户可以创建场景口令例如“我回来了”。当前端提交该口令后后端会匹配场景并批量执行设备动作同时给每个受影响设备生成嵌入式控制命令。7. 日志与网关队列模块command_logs保存用户每次语音/文本指令和执行结果embedded_commands保存每条下发到硬件的命令及状态前端提供“嵌入式下发队列”页面便于查看 pending、sent、ack、failed 状态五、数据库/数据模型设计主要数据表如下表名说明users用户表保存用户名、邮箱和哈希密码devices设备表保存设备名称、类型、房间、状态、数值、硬件绑定信息scenes场景表保存场景名称、描述和触发口令scene_actions场景动作表保存场景与设备动作的关系command_logs指令日志表保存每次语音指令的执行记录embedded_commands嵌入式命令队列表保存待下发、已发送、已确认、失败命令设备模型节选classDevice(Base):__tablename__devicesidColumn(Integer,primary_keyTrue,indexTrue)nameColumn(String(100),nullableFalse)device_typeColumn(String(50),nullableFalse)roomColumn(String(80),nullableFalse)statusColumn(Boolean,defaultFalse)valueColumn(Float,default0)unitColumn(String(20),default)hardware_idColumn(String(80),default)hardware_keyColumn(String(80),default)protocolColumn(String(30),defaultpolling)endpointColumn(String(255),default)last_command_atColumn(DateTime,nullableTrue)owner_idColumn(Integer,ForeignKey(users.id),nullableFalse)六、后端接口设计方法路径说明是否鉴权POST/api/auth/register注册否POST/api/auth/login登录否GET/api/users/me当前用户是GET/api/devices设备列表是POST/api/devices创建设备是PUT/api/devices/{id}更新设备并下发控制命令是DELETE/api/devices/{id}删除设备是POST/api/voice/command执行语音指令是GET/api/scenes场景列表是POST/api/scenes创建场景是GET/api/logs指令日志是GET/api/gateway/commands查看嵌入式命令队列是POST/api/gateway/direct直接按 hardware_id 下发命令是GET/api/embedded/commands/{hardware_id}嵌入式设备轮询命令否使用 hardware_keyPOST/api/embedded/commands/{id}/ack嵌入式设备回执否使用 hardware_key七、前端页面设计前端使用 Vue 3 Vite主要页面区域包括移动端连接设置手机端配置后端局域网 API 地址。登录/注册卡片未登录时显示登录成功后保存 token。手机语音控制台点击麦克风识别语音也支持手动输入。添加设备表单录入设备名、房间、类型、数值单位和硬件参数。设备列表展示设备状态支持开启、关闭、设置数值、删除。场景模式创建场景口令并绑定设备动作。嵌入式下发队列查看命令下发和 ack 状态。指令日志展示最近执行记录。移动端 API 地址不能固定为 127.0.0.1因此api.js根据当前页面 hostname 自动生成默认后端地址constDEFAULT_BASE${window.location.protocol}//${window.location.hostname}:8000/apiconstAPI_BASElocalStorage.getItem(smart_home_api_base)||DEFAULT_BASE如果前后端部署在不同机器可以在页面“移动端连接设置”里手动保存 API 地址。八、嵌入式实现说明项目提供 ESP32 示例project/embedded/esp32_voice_home_controller.ino核心流程ESP32 连接 WiFi ↓ 定时 GET /api/embedded/commands/{hardware_id}?hardware_keyxxx ↓ 解析 actionon/off/set ↓ 控制 GPIO 继电器或 PWM 输出 ↓ POST /api/embedded/commands/{id}/ack 回传执行结果默认硬件映射GPIO26继电器输出可控制灯、插座、电机GPIO27PWM 输出可控制灯光亮度或风扇速度后续扩展方向使用红外 LED 发送空调遥控码使用 RS485/Modbus 控制智能开关面板使用 MQTT 接入 Home Assistant使用设备证书或签名提升安全性使用 HTTPS 或内网穿透支持公网远程控制九、部署与运行步骤1. 运行后端cdproject/backend python3-mvenv .venvsource.venv/bin/activate pipinstall-rrequirements.txt uvicorn app.main:app--reload--host0.0.0.0--port8000后端默认地址http://127.0.0.1:80002. 运行前端cdproject/frontendnpminstallnpmrun dev ----host0.0.0.0电脑访问http://127.0.0.1:5173手机访问http://电脑局域网IP:51733. 配置手机端 API 地址手机打开前端页面后在“移动端连接设置”里填写http://电脑局域网IP:8000/api例如http://192.168.1.8:8000/api4. 使用流程注册账号并登录。点击初始化演示设备或手动添加设备。如果使用 ESP32将代码中的API_BASE、HARDWARE_ID、HARDWARE_KEY改成和设备表一致。手机点击麦克风说“打开客厅主灯”。后端更新数据库状态并生成 embedded command。ESP32 轮询到命令后控制继电器/PWM并回传 ack。前端查看“嵌入式下发队列”和“指令日志”。十、项目总结本项目完整实现了一个“手机端语音输入 Python 后端解析 嵌入式远程控制”的智能家居系统。前端不再只是简单文本框而是加入移动端语音识别和手机访问配置后端不只更新数据库状态还会把控制动作转换成硬件命令队列并支持 ESP32 轮询、回执和 HTTP 直推数据库保存用户、设备、场景、日志和硬件命令形成了完整的全栈业务闭环。该项目可以作为真实智能家居系统的基础版本继续扩展加入大模型意图识别、ASR 云服务、MQTT 网关、Home Assistant、红外空调控制、设备证书、HTTPS、公网远程访问等能力。项目代码下载链接