CN101917530A - 电话远程按键语音双模式控制器 - Google Patents
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Abstract
一种电话远程按键语音双模式控制器，包括：语音识别单元，按键检测单元，语音提示单元，用以根据语音控制模式或按键控制模式，进行相应的语音提示；中央控制单元，用以通过外部中断接收振铃信号，通过语音识别或按键进行身份认证，通过并口控制摘挂机、控制语音芯片进行语音提示、控制双音多频收发芯片的收发操作、控制语音芯片进行语音命令识别操作，并设有家电控制指令和家电状态查询指令，通过串口通信协议与所述网关通信，用语音通知用户控制结果；供电单元，用以对语音芯片、语音识别单元和中央控制单元进行供电。本发明提供一种功能全面、可靠性和安全性高的电话远程按键语音双模式控制器。
Description
技术领域
本发明涉及远程智能控制器，尤其是一种通过远程电话控制各种家电工作的远程控制器。
背景技术
伴随着生活节奏的提高，家电控制趋向于人性化、智能化、集中化地发展，急需一种远程控制家用电器工作的装置。而我国当前电话的普及率高，采用手机或固定电话作为信号远程传输和控制的媒介具有远程网络控制不可比拟的优势。现有的室内报警装置和遥控装置无法实现交互式远程语音控制，若能将普通电话装置、语音识别以及远程控制结合起来，将实现控制便利化。
现有的电话远程控制技术中，大部分功能都不够全面，而且存在体积庞大、可靠性和安全性差等缺点，如申请号为200820189205.9的发明，利用按键信号启动红外装置控制家电，缺乏家电状态反馈功能，无法实现报警，并且不具有用户身份认证功能，安全性得不到保障。申请号为200820108197.0和200810113783.9的发明，单纯通过用户电话按键，实现身份认证和家电控制、状态查询，人机交互性及安全性均较差。
语音技术在上世纪九十年代逐步成熟，语音识别类产品也开始在市场上出现。其中大部分产品采用特定人语音识别算法，事先需要对每个使用的用户进行训练，识别性能随着识别词条数目的增加会有明显的下降，在不同的噪声环境，以及不同时间，不同的用户生理、心理状态下，系统的性能都会受到明显的影响。也有部分产品为了方便用户使用，采用了基于整词的非特定人语音识别芯片，此类芯片事先训练好识别词表，不需要用户在使用前训练，在一定程度上方便了使用，但是其识别词表一旦固定之后就不能在线更新。同时，现有的语音识别产品都局限于本地语音识别，往往需要拾音器等外部硬件装置，不便于实际应用。如申请号为200520132638.7的发明、申请号为200620154809.0的发明和申请号为200820051644.3的发明。
发明内容
为了克服已有的远程智能家电控制器的功能不全面、可靠性和安全性不高的不足，本发明提供一种功能全面、可靠性和安全性高的电话远程按键语音双模式控制器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种电话远程按键语音双模式控制器，所述双模式控制器包括：
语音识别单元，用以设定待识别的关键词语列表，将用户说出的语音内容，通过频谱转换为语音特征，和所述关键词语列表中的条目进行一一匹配，最优匹配的一条作为识别结果；
按键检测单元，用以用户语音质量较差、环境噪声较大或不想通过语音控制时，切换到按键控制模式，通过检测控制输入电话号码的正确性进行身份认证；同时在用户和控制器交互时，通过相应的按键来控制对应的终端；
语音提示单元，用以根据语音控制模式或按键控制模式，进行相应的语音提示；
中央控制单元，用以通过外部中断接收振铃信号，通过语音识别或按键进行身份认证，通过并口控制摘挂机、控制语音芯片进行语音提示、控制双音多频收发芯片的收发操作、控制语音芯片进行语音命令识别操作，并设有家电控制指令和家电状态查询指令，通过串口通信协议与所述网关通信，用语音通知用户控制结果；
供电单元，用以对语音芯片、语音识别单元和中央控制单元进行供电。
进一步，所述中央控制单元采用AVR单片机ATMEGA16L-8PU，设有：振铃检测信号的输入端PD3，摘机标志信号LED的PD5，语音芯片控制信号输出端，双音多频控制信号输入/输出端，语音识别芯片输出端，还设有与网关互连的串口TXD/RXD以及电源输入端。
再进一步，所述中央控制单元中，通过按键修改密码、更新外拨号码、增加语音识别列表，并实时查询家电状态；在操作完成后，挂机并进入休眠模式。
更进一步，所述按键检测单元中，当出现紧急情况时，通过模拟按键拨打设定的预先存储号码，进行语音报警。
本发明的有益效果主要表现在：功能全面、安全性高，具有功耗低、安全性好、可靠性高、体积小、智能语音交互。
附图说明
图1为本发明装置的连接示意图。
图2为本发明装置的语音识别示意图。
图3为MT8880外围电路的电路原理图。
图4为LD3320外围电路的电路原理图。
图5为电话信号输入/输出的电路原理图。
图6为中央控制单元外围电路的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～6，一种电话远程按键语音双模式控制器，包括：
语音识别单元，采用ICRoute的语音识别芯片LD3320，根据实际需要在主控MCU程序中设定待识别的关键词语列表，并动态地把这些关键词语以字符的形式传送到芯片LD3320内部，就可以和用户电话远程语音命令关键词进行识别，不需要用户作任何录音训练。其识别过程为：将用户说出的语音内容，通过频谱转换为语音特征，和这个关键词语列表中的条目进行一一匹配，最优匹配的一条作为识别结果。
按键检测单元，选用DTMF双音多频信号收发芯片MT8880，当用户语音质量较差、环境噪声较大或不想通过语音控制时，可以切换到按键控制模式，MT8880C芯片可以检测控制输入电话号码的正确性，实现身份认证；同时在用户和控制器交互时，通过MT8880C解码相应的按键来控制特定的终端，满足用户的需求。当出现紧急情况(报警)时，MT8880C能通过模拟按键，拨打特定的预先存储号码，实现语音报警。
语音提示单元，采用ISD4004芯片，内置微机串行通信接口，模拟语音直接写入半导体存储单元中，不需要加A/D和D/A变换电路。分别根据语音或按键控制模式，进行相应的语音提示，实现交互人性化和智能化，并且单片录放时间达8～16分钟，完全适合家电控制需求。
中央控制单元，采用AVR单片机ATMEGA16L-8PU，设有：所述振铃检测信号的输入端PD3(INT1)，所述摘机标志信号LED的PD5，所述语音芯片控制信号输出端，双音多频控制信号输入/输出端，语音识别芯片输出端，还设有与网关互连的串口TXD/RXD以及电源输入端。该单片机通过外部中断接收所述振铃信号，通过语音识别或按键进行身份认证，通过并口控制摘挂机、控制所述ISD4004语音芯片进行语音提示、控制所述MT8880C双音多频收发芯片的收发操作、控制所述语音芯片进行语音命令识别操作，在单片机内设有家电控制指令和家电状态查询指令，通过串口通信协议与所述网关通信，用语音通知用户控制结果，同时用户可以通过按键修改密码、更新外拨号码、增加语音识别列表等操作；单片机实时查询家电状态，通过拨打预存号码，进行语音提示实现智能报警，在操作完成后，挂机并进入休眠模式。
供电单元，采用变压器HDB35-15和稳压管7805将220V家用电转换为单片机供电，同时选用LM1117对语音芯片和语音识别芯片进行供电。
本实施例的电话远程控制器的工作原理：电话线分为TIP和RING两条线，所有的语音信号和MT8880发送的DTMF信号都是简单地在这条直流回路上叠加交流信号实现的。用户可以选择通过语音模式或按键模式进行家电的远程控制，当出现特殊情形时，系统通过发送DTMF信号，实现拨号语音报警。
电路全部由芯片及其外围电路组成，并且系统选用了常用的元器件，电路简洁、易于实现。单片机、语音芯片和语音识别芯片都具有低功耗模式，使得系统不仅功能全面、体积小巧，而且可靠性高、语音清晰、功耗低、交互性好。
本发明依次按照以下步骤实现电话远程控制和系统安全报警功能：
步骤(1)系统初始化，摘挂机电路处于挂机状态，单片机处于休眠状态，当外部中断或串口中断时被唤醒。若振铃检测电路检测到有电话拨入，即产生外部中断1，则进入步骤(2)；若是串口中断，则进入步骤(8)。
步骤(2)单片机判断振铃是否达到预定次数，若次数达到5次，则摘机，否则系统默认为用户放弃控制权，摘挂机电路继续保持挂机状态。
步骤(3)播放提示音，提示用户选择所需控制模式：按键控制模式和语音控制模式。若用户选择按键控制模式，则进入步骤(4)；若选择语音控制模式，则进入步骤(6)。
步骤(4)播放提示音，等待用户通过双音频电话按键输入密码，MT8880将按键译码给单片机，同时单片机将接收到的密码与其内部存储的密码相比较，并将核对结果通过语音提示及时反馈给用户，若用户连续3次输入错误密码或超时，则系统挂机返回步骤(1)；若身份确认正确，则进入步骤(5)接收用户控制指令。
步骤(5)通过语音提示，用户可以在修改身份密码、控制家电运行、查询家电状态、修改外拨号码、查询外拨号码、更改控制模式和挂机八种操作中选择。MT8880将用户的按键命令译码给单片机，进行处理。如果用户对家电进行操作，则单片机通过串口通信协议，把控制信息发给终端控制器，并将控制结果以语音通知用户。如果用户进行其他操作，则单片机直接在其内部处理，返回运行结果并语音提示。程序内部设有超时限制和各种错误判断，预设了50多种不同的提示语音。用户操作完成后，系统挂机，单片机进入休眠模式，返回步骤(1)。
步骤(6)播放提示音，等待用户通过电话语音进行身份验证。用户在指定时间内说出预设密码，例如：“用户姓名”，“某一特殊数字”等，语音识别芯片将收集到的语音信息和预存的识别列表进行比较，并将识别结果通过语音提示及时反馈给用户，若用户认证连续错误3次或认证超时，则系统自动挂机返回步骤(1)；若通过身份认证，则进入步骤(7)接收用户语音控制指令。
步骤(7)通过语音提示，用户可以通过语音识别动态修改身份识别列表、动态编辑识别列表、控制家电运行、查询家电状态、查询外拨号码、更改控制模式和挂机七种操作。其工作流程如下：对通过电话交换机输入的声音进行频谱分析-＞提取语音特征-＞与关键词语列表中的关键词语进行对比匹配-＞找出得分最高的关键词语作为识别结果输出。外部送入语音数据流，语音识别芯片通过端点检测VAD(Voice activity detection)检测出用户停止说话，把用户开始说话到停止说话之间的语音数据进行运算分析后，将识别结果发送给单片机。单片机通过串口通信协议，把相应的控制信息发送给终端控制器，并将控制结果以语音通知用户。程序内部设有超时限制和各种错误判断，预设了50多种不同的提示语音。用户操作完成后，系统挂机，单片机和语音芯片进入休眠模式，返回步骤(1)。
步骤(8)单片机被串口中断唤醒之后，立即发送查询数据至网关以确认是否报警。如果网关在规定时间内没有发送确认信息，则系统默认为设备产生误报警信号，返回初始状态；如果收到网关的确认信息，则单片机接收来自网关的报警信号代码。
步骤(9)单片机分析报警代码之后，组织报警提示音。从单片机内读取相应的外拨号码(即目标用户)，摘机，并延时一段时间等待线路稳定，通过MT8880将外拨号码转换为双音频信号，发送到电话线上，延时一段时间之后连续播放3遍报警语音，完成报警工作。语音播放完毕之后自动挂机，单片机进入休眠模式，回到初始状态。
参看图1，电话远程按键语音双模式控制器的链接示意图，其中硬件部分全部由各个芯片及其必要的外围电路组成，集成了上述所有功能，图中简明扼要地反映出了各芯片及各功能区间的连接关系，同时显示了整个控制流程。
参看图2，LD3320语音识别芯片的工作原理示意图，首先将电话线上的语音信息(即声音)进行频谱分析，根据分析数据提取语音特征，并与芯片内存储的关键词语列表中的关键词语进行对比匹配，最后将匹配得分最高的关键词语作为识别结果输出。同时，用户可以根据需要动态修改关键词语列表中的关键词语。
参看图3，图中N70和N71表示电话线输入信号，通过N70和N71输入，MT8880C芯片经过内部译码可以检测控制输入电话号码的正确性，实现用户身份的确认；当用户和控制器在交互时，通过MT8880C解码相应的按键来控制特定的终端，满足用户的需求。当出现紧急情况(报警)时，MT8880C能通过模拟按键，拨打特定的存储号码，通过图5的外围电路将信号加载到电话线上，实现语音拨号报警。其中布线和外围电路元器件选择如图3所示。
参看图4，根据要求将LD3320以并行方式和ATMEGA16相连接，同时将必要的接口连接至单片机，连接电源电路和外围辅助电路，通过电阻和电容将语音信号从电话线输入至语音识别芯片，操作顺序为：通用初始化→语音识别用初始化→写入识别列表→开始识别，并根据LD3320产生的终端来判断识别的运行状态，在获得识别结果后通过读取对应的寄存器获得识别结果。
参看图5和图6，系统基本功能接线图，主要分为三块：(a)图中N70和N71表示电话线输入信号，当有电话拨入时，信号经过电容C1、C2隔直，通过单相桥式整流器整流后并联电容和光耦合器，输出信号给单片机中断1(即PD3口)，单片机内部进行计数，当达到预定次数时，通过对PD5置位，从而继电器K1吸合，N70和N69连通，同时语音芯片ISD4004通过N69输出提示语音，完成摘机。(b)为了方便该控制器供电以及安装便利性，采用家用220V交流电进行供电，但不符合系统硬件供电需求，因此利用变压器和电压转换芯片实现+5V供电。(c)芯片ATMEGA16为控制单片机，包括复位电路、晶振电路和JTAG编程接口电路。它是控制电路的核心，向MT8880、ISD4004、LD3320发送数据信息和进行数据接收；通过串口通信协议，与终端控制器进行通信，包括向终端控制器发送家电控制信息和查询信息，单片机程序提供多种超时和错误判断，并能在通话结束之后，自动进入休眠模式，以降低功耗。
Claims (4)
1.一种电话远程按键语音双模式控制器，其特征在于：所述双模式控制器包括：
语音识别单元，用以设定待识别的关键词语列表，将用户说出的语音内容，通过频谱转换为语音特征，和所述关键词语列表中的条目进行一一匹配，最优匹配的一条作为识别结果；
按键检测单元，用以当用户语音质量较差、环境噪声较大或不想通过语音控制时，切换到按键控制模式，通过检测控制输入电话号码的正确性进行身份认证；同时在用户和控制器交互时，通过相应的按键来控制对应的终端；
语音提示单元，用以根据语音控制模式或按键控制模式，进行相应的语音提示；
中央控制单元，用以通过外部中断接收振铃信号，通过语音识别或按键进行身份认证，通过并口控制摘挂机、控制语音芯片进行语音提示、控制双音多频收发芯片的收发操作、控制语音芯片进行语音命令识别操作，并设有家电控制指令和家电状态查询指令，通过串口通信协议与所述网关通信，用语音通知用户控制结果；
供电单元，用以对语音芯片、语音识别单元和中央控制单元进行供电。
2.如权利要求1所述的电话远程按键语音双模式控制器，其特征在于：所述中央控制单元采用AVR单片机ATMEGA16L-8PU，设有：振铃检测信号的输入端PD3，摘机标志信号LED的PD5，语音芯片控制信号输出端，双音多频控制信号输入/输出端，语音识别芯片输出端，还设有与网关互连的串口TXD/RXD以及电源输入端。
3.如权利要求1或2所述的电话远程按键语音双模式控制器，其特征在于：所述中央控制单元中，通过按键修改密码、更新外拨号码、增加语音识别列表，并实时查询家电状态；在操作完成后，挂机并进入休眠模式。
4.如权利要求1或2所述的电话远程按键语音双模式控制器，其特征在于：所述按键检测单元中，当出现紧急情况时，通过模拟按键拨打设定的预先存储号码，进行语音报警。
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