CN103474071A - 嵌入式便携语音控制器及语音识别的智能家居系统 - Google Patents

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王平
唐鹏光
杨卓
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Abstract

本发明公开了一种嵌入式便携语音控制器，包括电源管理模块、语音接收模块、语音识别模块和无线通信模块；电源管理模块，分别与语音接收模块、语音识别模块、无线通信模块电连接；语音接收模块，包括麦克风及外围电路；语音识别模块，包括语音识别电路、微处理器和语音反馈电路，语音识别电路分别与语音接收模块、语音反馈电路和微处理器电连接；无线通信模块，包括RF信号天线、射频芯片及外围电路，RF信号天线与射频芯片电连接，射频芯片通过串口与微处理电连接。本发明能够支持多种无线通信协议，并能够较好地集成到整个智能家居系统中，能够通过语音对室内所有可控家电设备进行控制。

Description

嵌入式便携语音控制器及语音识别的智能家居系统
技术领域
本发明属于语音控制技术，具体涉及一种嵌入式便携语音控制器及语音识别的智能家居系统。
背景技术
随着物联网技术的快速发展，智能家居慢慢地走入了老百姓的日常生活中，而智能家居控制作为智能家居最核心部分，其发展更加让人瞩目。但是传统的智能家居控制技术都存在一定的局限性，过于依赖于人的双手操作来实现对家庭内部的可控设备控制，人们的双手始终没有彻底解放出来，仍然需要采用双手的操作来实现对设备的各种控制，低成本的语音控制技术的研发成了打破传统控制方式的关键。
    如中国专利文献记载的“一种基于蓝牙传输的智能家居语音控制系统”，其申请号为201010613385.0，该专利提供了一种手机终端采用蓝牙技术来对智能家居设备进行控制的方案，但是此系统只支持蓝牙通讯协议，无法与其他智能家居系统进行融合。
    又如中国专利文献记载的“基于语音识别的智能家居的系统”，其申请号为20110408542.9，该专利提供了一种基于ARM和DSP的平台来实现对智能家居设备进行控制的方案，但是此系统没能解决无线传感网与Internet间的互联互通问题，不能很好地集成到整个智能家居系统中，不便于用户使用，且设备成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种嵌入式便携语音控制器及语音识别的智能家居系统，能支持多种无线通信协议，能较好地集成到整个智能家居系统中，能通过语音对室内所有可控家电设备进行控制。
本发明所述嵌入式便携语音控制器，包括电源管理模块、语音接收模块、语音识别模块和无线通信模块；
所述电源管理模块，分别与语音接收模块、语音识别模块、无线通信模块电连接，为语音接收模块、语音识别模块和无线通信模块提供正常的工作电压；
所述语音接收模块，包括麦克风及外围电路，用于接收用户输出的语音信息；
所述语音识别模块，包括语音识别电路、微处理器和语音反馈电路，所述语音识别电路分别与语音接收模块、语音反馈电路和微处理器电连接，用于识别语音信息，并根据该语音信息输出相应设备的控制指令； 
所述无线通信模块，包括RF信号天线、射频芯片及外围电路，所述RF信号天线与射频芯片电连接，射频芯片通过串口与微处理电连接，用于接收和转发微处理器输出的控制指令。
所述微处理器采用STM32F103RX处理器；所述语音识别电路采用语音识别芯片LD3320。
所述射频芯片采用cc2430芯片。
所述语音反馈电路采用内磁式喇叭，所述内磁式喇叭的控制端与所述语音识别芯片LD3320的I/O 口连接。
还包括按键模块，包括一个双向开关和触感按键，与微处理器电连接，用于语音检测模式的切换和按键检测的启动。
所述电源管理模块包括锂电池充放电管理电路、锂电池充放电保护电路和电压转换电路，所述锂电池充放电管理电路和锂电池充放电保护电路并联后与电压转换电路连接；
所述锂电池充放电管理电路采用MAX1555芯片；
所述锂电池充放电保护电路采用FS8820P芯片；
所述电压转换电路采用MAX8881芯片。
本发明所述的语音识别的智能家居系统，包括上述所述的嵌入式便携语音控制器、家庭网关和至少两个可控家电设备，所述嵌入式便携语音控制器通过家庭网关与各可控家电设备进行无线通信；
所述嵌入式便携语音控制器接收、识别语音信息，并根据该语音信息输出相应可控家电设备的控制指令，该控制指令经家庭网关解析后转发到相应可控家电设备执行相应操作。
所述嵌入式便携语音控制器通过无线通信模块根据无线通信协议对控制指令进行打包处理并发送到家庭网关，经家庭网关解析后转发到相应可控家电设备执行相应操作。
所述无线通信协议包括zigbee、6LowPan、802.15.4、802.11和wipa中的一种或多种。
本发明具有以下优点：采用高准确度语音识别芯片LD3320和STM32F103RX处理器进行语音的采集和识别处理，针对非特定人的语音识别更加准确，功能更全面，采用低功耗技术便于用户随身携带，射频芯片采用cc2430芯片，支持多种无线通信协议，可与家庭多协议网关通信，便于接入无线传感器网络，实现对家电的无线语音控制，将人的双手彻底解放出来。
附图说明
图1是本发明所述嵌入式便携语音控制器的结构示意图；
图2是本发明所述语音识别的智能家居系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示的嵌入式便携语音控制器，包括电源管理模块3、语音接收模块1、语音识别模块2和无线通信模块4；
所述电源管理模块3，分别与语音接收模块1、语音识别模块2、无线通信模块4电连接，为语音接收模块1、语音识别模块2和无线通信模块4提供正常的工作电压；
所述语音接收模块1，包括麦克风及外围电路，用于接收用户输出的语音信息；
所述语音识别模块2，包括语音识别电路、微处理器和语音反馈电路，所述语音识别电路分别与语音接收模块1、语音反馈电路和微处理器电连接，用于识别语音信息，并根据该语音信息输出相应设备的控制指令； 
所述无线通信模块4，包括RF信号天线、射频芯片及外围电路，所述RF信号天线与射频芯片电连接，射频芯片通过串口与微处理电连接，用于接收和转发微处理器输出的控制指令。
还包括按键模块5，包括一个双向开关和触感按键，与微处理器电连接，用于语音检测模式的切换和按键检测的启动。
所述微处理器采用STM32F103RX处理器；该芯片为32位标准RISC（精简指令集）处理器在通常8位和16为系统的存储空间上发挥ARM内核的高性能，内部集成了Flash存储、SRAM、丰富的I/O接口和先进的中断响应系统，更加适用于嵌入式低功耗设备中。
所述语音识别电路采用语音识别芯片LD3320。LD3320芯片集成了语音识别处理器和一些外部电路，包括 AD、DA 转换器、麦克风接口、声音输出接口等,此芯片不需要外接任何的辅助芯片如 Flash、RAM 等，即可以实现语音识别/声控/人机对话功能，与此同时其识别的关键词语列表是可以任意动态编辑的。
所述语音反馈电路采用内磁式喇叭，所述内磁式喇叭的控制端与所述语音识别芯片LD3320的I/O 口连接。
所述射频芯片采用cc2430芯片，该芯片具有高性能低功耗的特点，工作在2.4GHz ISM波段，带有 2 个强大的支持几组协议的USART，以及1 个符合IEEE 802.15.4 规范的MAC 计时器，cc2430串口与处理器串口相接，进行数据传输，基本的外围电路保证cc2430芯片正常工作，指示灯对通信情况进行提示，射频天线对无线信号进行接收和发送，cc2430通过串口接收微处理器的数据，无线通信模块根据无线通信协议（比如：zigbee、6LowPan、802.15.4、802.11、wipa）对数据进行打包处理，发送到家庭网关进行数据解析后转发到相应设备执行动作指令，实现对家电设备的控制。
所述电源管理模块3包括锂电池充放电管理电路、锂电池充放电保护电路和电压转换电路，所述锂电池充放电管理电路和锂电池充放电保护电路并联后与电压转换电路连接；所述锂电池充放电管理电路采用MAX1555芯片来完成对锂电池的充电管理；所述锂电池充放电保护电路采用FS8820P芯片；所述电压转换电路采用MAX8881芯片。由于嵌入式便携语音控制器所用直流电压为3.3V，而锂电池输入直流电压为0V-4.2V，因此采用MAX8881芯片进行电压转换。
本发明所述嵌入式便携语音控制器有两种语音信息检测方式：口令检测、按键检测，用户可手动按键模块5选择。
（1）口令检测：两条指令控制一个动作，只有口令说完之后的X秒内说出指令模块才会识别，如果超过了X秒就要重新说口令了，这种模式很大程度上解决了因为模块误识别而造成电器误动作，可以设置识别到口令后发出提示音，提示用户在规定的时间之内说出指令。
举例：
大管家（口令）--开灯（X秒内说出）
大管家--关灯（X秒内说出）
这种模式很大程度上解决了因为模块误识别而造成电器误动作，可以设置识别到口令后发出提示音，提示用户在规定的时间之内说出指令。
（2）按键检测：每按一次按钮X秒内讲出指令才能识别，X秒过后要重新按按钮才能再次识别。
如图2所示，一种语音识别的智能家居系统，包括上述嵌入式便携语音控制器6、家庭网关7和至少两个可控家电设备8，所述嵌入式便携语音控制器6通过家庭网关7与各可控家电设备8进行无线通信；
所述嵌入式便携语音控制器6接收、识别语音信息，并根据该语音信息输出相应可控家电设备8的控制指令，该控制指令经家庭网关7解析后转发到相应可控家电设备8执行相应操作。
所述嵌入式便携语音控制器6通过无线通信模块4根据无线通信协议对控制指令进行打包处理并发送到家庭网关7，经家庭网关7解析后转发到相应可控家电设备8执行相应操作。
所述无线通信协议包括zigbee、6LowPan、802.15.4、802.11和wipa中的一种或多种。
嵌入式便携语音控制器6的无线通信模块4根据无线通信协议（zigbee、6LowPan、802.15.4、802.11、wipa）可与其它智能家居无线节点自组网，通过与家庭多协议网关通信，在家庭内部组建无线传感网，通过语音控制器就可以对智能家居内部可控家电设备（比如：智能灯、空调、电视、窗帘、电饭煲、微波炉等）进行语音控制，本发明采用便携式和低功耗设计，用户可以将设备随身携带在室内任意一个位置对家庭内部设备进行语音控制。

Claims (9)

1.一种嵌入式便携语音控制器，其特征在于：包括电源管理模块（3）、语音接收模块（1）、语音识别模块（2）和无线通信模块（4）；
所述电源管理模块（3），分别与语音接收模块（1）、语音识别模块（2）、无线通信模块（4）电连接，为语音接收模块（1）、语音识别模块（2）和无线通信模块（4）提供正常的工作电压；
所述语音接收模块（1），包括麦克风及外围电路，用于接收用户输出的语音信息；
所述语音识别模块（2），包括语音识别电路、微处理器和语音反馈电路，所述语音识别电路分别与语音接收模块（1）、语音反馈电路和微处理器电连接，用于识别语音信息，并根据该语音信息输出相应设备的控制指令； 
所述无线通信模块（4），包括RF信号天线、射频芯片及外围电路，所述RF信号天线与射频芯片电连接，射频芯片通过串口与微处理电连接，用于接收和转发微处理器输出的控制指令。
2.根据权利要求1所述的嵌入式便携语音控制器，其特征在于：所述微处理器采用STM32F103RX处理器；所述语音识别电路采用语音识别芯片LD3320。
3.根据权利要求1或2 所述的嵌入式便携语音控制器，其特征在于：所述射频芯片采用cc2430芯片。
4.根据权利要求1或2 所述的嵌入式便携语音控制器，其特征在于：所述语音反馈电路采用内磁式喇叭，所述内磁式喇叭的控制端与所述语音识别芯片LD3320的I/O 口连接。
5.根据权利要求1或2 所述的嵌入式便携语音控制器，其特征在于：还包括按键模块（5），包括一个双向开关和触感按键，与微处理器电连接，用于语音检测模式的切换和按键检测的启动。
6.根据权利要求1或2 所述的嵌入式便携语音控制器，其特征在于：所述电源管理模块（3）包括锂电池充放电管理电路、锂电池充放电保护电路和电压转换电路，所述锂电池充放电管理电路和锂电池充放电保护电路并联后与电压转换电路连接；
所述锂电池充放电管理电路采用MAX1555芯片；
所述锂电池充放电保护电路采用FS8820P芯片；
所述电压转换电路采用MAX8881芯片。
7.一种语音识别的智能家居系统，其特征在于：包括如权利要求1至6任一所述的嵌入式便携语音控制器（6）、家庭网关（7）和至少两个可控家电设备（8），所述嵌入式便携语音控制器（6）通过家庭网关（7）与各可控家电设备（8）进行无线通信；
所述嵌入式便携语音控制器（6）接收、识别语音信息，并根据该语音信息输出相应可控家电设备（8）的控制指令，该控制指令经家庭网关（7）解析后转发到相应可控家电设备（8）执行相应操作。
8.根据权利要求7所述的语音识别的智能家居系统，其特征在于：所述嵌入式便携语音控制器（6）通过无线通信模块（4）根据无线通信协议对控制指令进行打包处理并发送到家庭网关（7），经家庭网关（7）解析后转发到相应可控家电设备（8）执行相应操作。
9.根据权利要求8所述的语音识别的智能家居系统，其特征在于：所述无线通信协议包括zigbee、6LowPan、802.15.4、802.11和wipa中的一种或多种。
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