CN103260308B - 一种基于语音和光照检测的led智能控制器 - Google Patents

Abstract

一种基于语音和光照检测的LED智能控制器，包括电源模块、语音模块、照度采集模块、控制模块、PWM调节模块和LED单元；所述电源模块为控制器供电；所述语音模块可以采集人的语音信号产生数字信号,还可以输出语音提醒信号；所述照度采集模块采集周围环境光照转换成数字信号；所述控制模块接收所述数字信号产生控制信号；所述PWM调节模块接收所述控制模块的控制信号后，产生PWM信号来调节LED单元；所述LED单元与PWM调节模块相连，由所述PWM信号控制。具有实现了既可以通过照度采集实现LED单元的自动控制也可以根据语音控制命令主动控制LED单元，提高了控制的灵活性等优点。

Description

一种基于语音和光照检测的LED智能控制器

技术领域

本发明涉及一种LED控制技术，特别涉及一种基于语音和光照检测的LED智能控制器。

背景技术

目前的照明领域，LED越来越多的占据了大部分市场，主要是因为LED灯环保、节能、寿命长等特点，以及各国政府对于LED灯的支持并全面淘汰白炽灯的政策。语音识别技术是计算机处理人类语言的一项技术。可以分为4个方向：说话人识别、关键词检出、语言辨识和语音识别。语音识别本质上是一种模式识别的过程，未知语音的模式与已知语音的参考模式逐一进行比较，最佳匹配的参考模式被作为识别结果。包括预处理、特征参数提取、训练模版、模式匹配和识别。传统的LED控制器一般是通过照度采集来实现亮度控制或者加入声控控制；照度采集控制的缺点是根据自然光来实现自动控制，不能根据人的要求来实现主动控制；声控控制，声控与语音控制技术不同，声控仅仅是通过判别是否有声音来控制LED的开光，因此传统的LED控制器智能化和人性化水平很低，明显不能满足市场的发展需要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于语音和光照检测的LED智能控制器，该LED智能控制器既可以通过照度采集来自动调节LED单元，还可以通过语音命令来主动控制LED单元，使照明更加智能化和人性化。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于语音和光照检测的LED智能控制器，包括电源模块、语音模块（内置MIC和LINE OUT）、照度采集模块、控制模块、PWM调节模块和LED单元；所述电源模块为控制器供电；所述语音模块包括MIC、LINE OUT和音频芯片，语音经过MIC处理成语音模拟信号，然后经由音频芯片转换成音频数字信号，音频芯片还可以接收控制模块的语音提醒信号并转换成模拟声音信号通过LINE OUT输出；所述照度采集模块采集周围环境光照转换成数字信号即照度采集信号；所述控制模块接收所述数字信号（包括音频数字信号和照度采集信号）产生控制信号；所述PWM调节模块接收所述控制模块的控制信号后，产生PWM信号来调节LED单元；所述LED单元与PWM调节模块相连，由所述PWM信号控制。

所述电源模块通过整流滤波电路将电压为220V、频率为50Hz的电压转换成芯片所需电压；

所述的语音模块包括MIC（麦克风）、音频芯片和LINE OUT（语音输出口）,所述MIC将人的语音信号转换成语音模拟信号并传输给音频芯片，然后经由音频芯片转换成音频数字信号。音频芯片也可接收控制模块的语音提醒信号，并转换成模拟声音信号后通过LINE OUT输出。

所述音频芯片包含电压引脚、接地引脚、片选引脚、时钟引脚、第一信号引脚、第二信号引脚、第三信号引脚和第四信号引脚；所述电压引脚与电源引脚相连，所述接地引脚接地；所述片选引脚与微处理器的CS引脚相连；所述时钟引脚与微处理器的CLK输出引脚相连；所述第一信号引脚连接所述MIC的输出引脚，接收MIC产生的模拟信号，对模拟信号进行处理产生数字音频信号；所述第二信号引脚与微处理器的数据引脚相连，将音频数字信号传输给微处理器；所述第三信号引脚与微处理器的数据引脚连接，接收所述微处理器的语音提醒信号；所述第四信号引脚与所述LINE OUT连接，通过LINE OUT输出语音提醒信号。

所述的控制模块包括微处理器和扩展FLASH模块，所述FLASH模块用于存储系统程序和语音库并完成系统的上电加载。

所述微处理器用于音频数字信号和照度采集信号处理，将所述音频芯片和照度采集模块传输来的数字信号进行处理产生控制信号。

所述音频数字信号处理包括音频数字信号预处理、特征参数的提取、模式匹配和识别；所述预处理包括噪音去除以及端点检测；所述语音特征的提取是通过对音频数字信号的分析处理，去除无关的冗余信息，获得影响语音识别的重要信息，来达到提取音频数字信号中表征不同人的不同声纹特征的目的；所述模型训练指按照一定的数据挖掘或知识发现规则，从大量训练样本中提取表征该样本类本质特征参数的过程；模式匹配则是指使待识别样本与通过提取出来的训练样本的本质特征而建立的模型进行对比分析，获得最佳匹配；所述识别是通过提取的音频数字信号的特征参数与模型进行匹配，选择匹配率最高的样本作为识别结果，执行相应指令。

所述照度采集信号处理是指照度采集模块采集LED环境中的光照强度并产生照度采集信号输出给所述微处理器，微处理器根据照度采集信号产生相应控制信号给PWM模块，调节LED单元。

所述PWM调节模块接收来自所述控制模块的控制信号并产生PWM信号，所产生的PWM信号控制LED单元。

所述LED单元是由恒流电路驱动的LED点阵，由所述PWM信号控制恒流电路的通断，从而控制流过LED的平均电流。

当同时有音频数字信号和照度采集信号传输给微处理器时，我们通过预先配置微处理器优先处理音频数字信号，这时微处理器不处理照度采集信号；当不需要语音控制时，微处理器接收照度采集信号。这样控制器就有两种工作模式，一种是语音控制模式，一种是照度采集模式，默认工作方式为语音控制模式，控制模块仅处理音频数字信号，人说出语音控制命令，经过MIC处理成语音模拟信号，然后经由音频芯片转换成音频数字信号给微处理器，微处理器对音频数字信号进行预处理、特征参数提取，然后跟FLASH中的语音库进行模式匹配和识别，因此在使用前，我们应先对控制模块进行训练，通过大量训练，形成一个不同人、不同语音信号的特征参数样本库，存储在FLASH中。识别时将最佳匹配的参考样本作为识别结果，然后产生控制信号传输给PWM模块，PWM模块产生PWM信号去调节LED单元，这样就实现了语音控制LED单元。当不需要语音控制，希望LED可以根据周围环境光照自动工作时，我们通过预先设定的特殊的语音命令使微处理器工作于照度采集模式，照度采集模块通过采集周围环境光照产生照度采集信号输出给微处理器，微处理器接收照度采集信号后进行处理产生控制信号传输给PWM模块，PWM模块产生PWM信号去调节LED单元；这样的话工作模式可以通过语音命令来选择，当然我们也可以通过设计一个物理选择开关来选择工作模式。具体选择哪种模式选择方式，可以根据具体的项目需求选择。对于实现照度采集模式到语音控制模式的转换，我们也可以通过一个特殊的预先设定的语音命令或者物理选择开关来实现。

本发明的工作原理：基于语音和光照检测的LED智能控制器，可以通过语音识别技术来控制LED，首先控制器采集人的语音，然后转换成数字信号，再对其进行预处理和特征参数提取，将提取的特征参数和语音参考库进行匹配，语音参考库是事先对控制器进行训练，收集不同人不同语音信号特征参数而形成的特征参数样本库，将匹配率最高的参考样本作为识别的结果，然后产生控制信号控制PWM模块，这样就达到了语音控制的效果。也可以通过光照检测来控制，照度采集模块采集周围光照强度然后转换成数字信号给微处理器，微处理器可以根据自然光照强度自动调节LED。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、既可以通过照度采集来自动调节LED单元，还可以通过语音命令来主动控制LED单元的照明效果，使照明更加智能化和人性化。

2、LED的发展离不开控制，而传统控制方式越来越跟不上控制需求的发展，并且语音控制技术的发展很有潜力，因此将语音控制技术集成到LED控制中而又不失传统的控制方式的控制器符合市场的发展需求。

3、本控制器要实现的是基于语音和光照检测的LED智能控制，采用的是区别于声控的语音控制技术，该技术不仅可以判别是否有声音，而且可以读懂声音中的信息，从而能够使得控制器能够“听懂”人话，同时该控制器还保留了传统控制方式中的自动控制，因而不仅可以通过照度采集实现LED单元的自动控制，还可以根据语音控制命令主动控制LED单元，改变了传统控制方式，提高了控制的灵活性。

附图说明

图1是本发明基于语音和光照检测的LED智能控制器的系统结构框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种基于语音和光照检测的LED智能控制器，包括电源模块1、语音模块（内置MIC和LINE OUT）2、照度采集模块3、控制模块4、PWM调节模块5和LED单元6；所述电源模块1为整个电路供电；所述语音模块2采集人的语音信号产生数字信号,还可以输出语音提醒信号；所述照度采集模块3采集周围环境光照转换成数字信号；所述控制模块4接收所述数字信号产生控制信号；所述PWM调节模块5接收所述控制模块4的控制信号后，产生PWM信号来调节LED单元6；所述LED单元6与PWM调节模块5相连，由所述PWM信号控制。

所述的电源电路1为控制器提供电压，所述电源电路通过桥式整流滤波电路将220V，50Hz电压转换成芯片所需电压。

所述的语音模块2包括MIC、音频芯片和LINE OUT,所述MIC是麦克风，接收人的语音并转换成语音模拟信号传输给音频芯片。

所述音频芯片包含八个引脚，一电压引脚，一接地引脚，一片选引脚，一时钟引脚，四个信号引脚。所述电压引脚与电源引脚相连，所述接地引脚接地。所述片选引脚与微处理器的CS引脚相连；所述时钟引脚与微处理器的CLK输出引脚相连；所述四个信号引脚之一连接所述MIC的输出引脚，接收MIC产生的语音模拟信号，对语音模拟信号进行处理产生音频数字信号；所述信号引脚之一与微处理器的数据引脚相连，将音频数字信号传输给微处理器；所述控制信号引脚之一与微处理器的数据引脚连接，接收所述微处理器的语音提醒信号；所述信号引脚之一与所述LINE OUT连接，通过LINE OUT输出语音提醒信号。

所述LINE OUT是语音输出口，与音频芯片连接，接收所述音频芯片的语音模拟信号并输出。这里的LINE OUT可连接音响等语音输出设备。当人的语音命令所要求的光照不是最佳效果时，微处理器会反馈给人是否继续执行语音命令，这样做的目的是为了更省电和提供更好的光照质量。

所述的控制模块4包括一微处理器和一扩展FLASH模块，所述FLASH模块用于存储系统程序和语音库并完成系统的上电加载。

所述微处理器用于音频数字信号和照度采集信号处理。既可以对所述音频芯片和照度采集模块传输过来的数字信号进行处理，还可以产生语音提醒信号传输给音频芯片，音频芯片处理产生模拟语音信号并通过LINE OUT输出。

所述音频数字信号处理包括音频数字信号预处理、特征参数的提取、模型训练和模式匹配、识别。所述预处理包括噪音去除以及端点检测；所述语音特征的提取是通过对音频数字信号的分析处理，去除无关的冗余信息，获得影响语音识别的重要信息，来达到提取音频数字信号中表征不同人的不同声纹特征的目的。所述模型训练指按照一定的数据挖掘或知识发现规则，从大量训练样本中提取表征该样本类本质特征参数的过程；模式匹配则是指使待识别样本与通过提取出来的训练样本的本质特征而建立的模型进行对比分析，获得最佳匹配；所述识别是通过提取的音频数字信号的特征参数与模型进行匹配，选择匹配率最高的样本作为识别结果，执行相应指令。

所述照度采集信号处理是指照度采集模块3采集LED环境中的光照强度并产生照度采集信号输出给所述微处理器，微处理器根据照度采集信号产生相应控制信号给PWM模块，调节LED单元。

所述PWM调节模块5接收来自所述控制模块4的控制信号并产生PWM波形，所产生的PWM信号作为开关信号输出给LED单元6。

所述LED单元6是由恒流电路驱动的LED点阵，由所述PWM信号控制恒流电路的通断，从而控制流过LED的平均电流。

上述基于语音的LED控制系统实现了既可以通过照度采集实现LED单元的自动控制也可以根据语音控制命令主动控制LED单元；当同时有音频数字信号和照度采集数字信号传输给微处理器时，我们通过预先配置微处理器优先处理音频芯片的数字信号，这时微处理器不处理照度采集模块的数字信号，当不需要语音控制时，微处理器接收照度采集模块的数字信号。这样控制器就有两种工作模式，一种是语音控制模式，一种是照度采集模式，默认工作方式为语音控制模式，控制模块仅处理音频芯片的数字信号，人说出语音控制命令，经过MIC处理成语音模拟信号，然后经由音频芯片转换成音频数字信号给微处理器，微处理器对音频数字信号进行预处理、特征参数提取，然后跟FLASH里的语音库进行模式匹配和识别，产生相应的控制信号给PWM模块，PWM模块产生PWM信号去调节LED单元，这样就实现了语音控制LED单元。当不需要语音控制，希望LED可以根据周围环境光照自动工作时，我们通过预先设定的特殊的语音命令使微处理器工作于照度采集模式，照度采集模块通过采集周围环境光照产生照度采集信号输出给微处理器，微处理器接收照度采集模块的数字信号后进行处理产生控制信号给PWM模块，PWM模块产生PWM信号去调节LED单元。这样的话工作模式的选择可以通过特殊的语音命令来实现。对于实现照度采集模式到语音控制模式的转换，我们也可以通过一个特殊的预先设定的语音命令来实现。当然我们也可以通过设计一个物理选择开关来选择工作模式，比较简便的设计就是当选择开时控制器工作于语音控制模式，这时照度检测部分的电路是断开的，反之选择关时，语音部分的电路是断开，照度检测部分是选通的，这样控制器工作于照度检测模式。具体选择那种模式选择方式，可以根据具体的项目需求选择。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于语音和光照检测的LED智能控制器，其特征在于，包括电源模块、语音模块、照度采集模块、控制模块、PWM调节模块和LED单元；所述电源模块为控制器供电；所述语音模块用于采集语音信号以产生数字信号和输出语音提醒信号；所述照度采集模块采集周围环境光照并转换成数字信号；所述控制模块接收所述数字信号产生控制信号；所述PWM调节模块接收控制模块的控制信号后产生PWM信号；所述LED单元与PWM调节模块相连，所述LED单元由PWM信号控制；

所述语音模块包括MIC、音频芯片和LINE OUT,所述MIC将人的语音信号转换成语音模拟信号并传输给音频芯片，然后经由音频芯片转换成音频数字信号，音频芯片也可接收控制模块的语音提醒信号，并转换成模拟声音信号后通过LINE OUT输出；

所述音频芯片包含电压引脚、接地引脚、片选引脚、时钟引脚、第一信号引脚、第二信号引脚、第三信号引脚和第四信号引脚；所述电压引脚与电源引脚相连，所述接地引脚接地；所述片选引脚与微处理器的CS引脚相连；所述时钟引脚与微处理器的CLK输出引脚相连；所述第一信号引脚连接所述MIC的输出引脚，接收MIC产生的模拟信号，对模拟信号进行处理产生音频数字信号；所述第二信号引脚与微处理器的数据引脚相连，将音频数字信号传输给微处理器；所述第三信号引脚与微处理器的数据引脚连接，接收所述微处理器的语音提醒信号；所述第四信号引脚与所述LINE OUT连接，通过LINE OUT输出语音提醒信号。

2.如要求1所述的基于语音和光照检测的LED智能控制器，其特征在于：所述电源模块通过整流滤波电路将电压为220V、频率为50Hz的电压转换成芯片所需电压。

3.如要求1所述的基于语音和光照检测的LED智能控制器，其特征在于：所述的控制模块包括微处理器和扩展FLASH模块，所述FLASH模块用于存储系统程序和语音库并完成系统的上电加载。

4.如要求3所述的基于语音和光照检测的LED智能控制器，其特征在于：所述微处理器用于音频数字信号和照度采集信号处理，将所述音频芯片和照度采集模块传输来的数字信号进行处理产生控制信号。

5.如要求4所述的基于语音和光照检测的LED智能控制器，其特征在于：所述音频数字信号处理包括音频数字信号预处理、特征参数的提取、模式匹配和识别；所述预处理包括噪音去除以及端点检测；所述语音特征的提取是通过对音频数字信号的分析处理，去除无关的冗余信息，获得影响语音识别的重要信息，来达到提取音频数字信号中表征不同人的不同声纹特征的目的；所述模型训练指按照一定的数据挖掘或知识发现规则，从大量训练样本中提取表征该样本类本质特征参数的过程；模式匹配则是指使待识别样本与通过提取出来的训练样本的本质特征而建立的模型进行对比分析，获得最佳匹配；所述识别是通过提取的数字音频信号的特征参数与模型进行匹配，选择匹配率最高的样本作为识别结果，执行相应指令。

6.如要求4所述的基于语音和光照检测的LED智能控制器，其特征在于：所述照度采集信号处理是指照度采集模块采集LED环境中的光照强度并产生照度采集信号输出给所述微处理器，微处理器根据照度采集信号产生相应控制信号给PWM模块，调节LED单元。

7.如要求1所述的基于语音和光照检测的LED智能控制器，其特征在于：所述PWM调节模块接收来自所述控制模块的控制信号并产生PWM信号，所产生的PWM信号控制LED单元。

8.如要求1所述的基于语音和光照检测的LED智能控制器，其特征在于：所述LED单元是由恒流电路驱动的LED点阵，由所述PWM信号控制恒流电路的通断，从而控制流过LED的平均电流。