CN103925548A

CN103925548A - 一种声控节能台灯

Info

Publication number: CN103925548A
Application number: CN201410138158.5A
Authority: CN
Inventors: 洪榛; 刘杰; 陈陪杰; 李橙橙; 李喜乐; 王瑞; 谷银银; 宋婷婷
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2014-07-16

Abstract

一种声控节能台灯，包括底座和灯罩，所述声控节能台灯还包括供电系统、语音控制系统、人体红外感应模块和LED灯驱动模块，所述供电系统和所述语音控制系统均安装于所述底座上，所述人体红外感应模块和所述LED灯驱动模块均安装于所述灯罩上；所述语音控制系统包括咪头、扬声器、语音模块、单片机和SD存储器扩展卡，所述SD存储器扩展卡与所述单片机连接，所述咪头与所述语音模块连接，所述语音模块同时与所述单片机和所述扬声器连接；所述单片机还分别与所述人体红外感应模块和所述LED灯驱动模块连接，所述LED灯驱动模块与所述LED灯连接。本发明提供一种供电系统稳定、节能环保且具有多功能语音控制的声控节能台灯。

Description

一种声控节能台灯

技术领域

本发明属于照明装置领域，尤其是涉及一种声控节能台灯。

背景技术

语音识别技术是嵌入式领域的重要组成部分，近20年来，随着信息技术不断的创新和完善，在其中的语音识别技术发展至今，语音识别算法逐渐成熟，从实验室逐步走向市场，在现今的众多领域中都得到了广泛的应用，它便于人机交互的功能正逐步成为信息技术中人机接口的关键技术。

现在大部分台灯还是通过手动控制，虽然目前已有声控台灯，通过语音控制台灯的开和关以及光照强度，但在人离开台灯很久而忘记关灯时，不仅耗电，而且会影响台灯的使用寿命；而且声控台灯的语音控制模式单一，不具备多种模式的语音控制；现在大部分台灯都是蓄电池供电或是直插式充电，蓄电池供电需要不断换电池，增加了台灯使用的成本，长期采用直插式充电会因插头电压不稳而给台灯及插座造成损坏，不具备节能、持久且稳定的供电特点。

发明内容

为了克服现有台灯供电系统不稳定、控制模式单一的不足，本发明提供一种供电系统稳定、节能环保且具有多功能语音控制的声控节能台灯。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种声控节能台灯，包括底座和灯罩，所述底座与所述灯罩之间连接有连接架，所述灯罩内设置有LED灯，所述声控节能台灯还包括供电系统、语音控制系统、人体红外感应模块和LED灯驱动模块，所述供电系统和所述语音控制系统均安装于所述底座上，所述人体红外感应模块和所述LED灯驱动模块均安装于所述灯罩上；

所述语音控制系统包括咪头、扬声器、语音模块、单片机和SD存储器扩展卡，所述SD存储器扩展卡与所述单片机连接，所述咪头与所述语音模块连接，所述语音模块同时与所述单片机和所述扬声器连接；

所述语音控制系统中，由咪头将声音信号转为电信号，通过语音模块内的放大电路将电信号放大，并通过A/D转换电路将电压的模拟信号转为数字信号，由单片机通过语音识别算法控制语音模块，识别数字信号所对应的语音信号，再通过语音处理算法调用SD扩展存储卡中与语音信号相对应的MP3语音文件，通过扬声器输出语音；

所述供电系统包括太阳能电池、光伏控制器模块、蓄电池和电源稳压模块，所述太阳能电池与所述光伏控制器模块连接，所述光伏控制器模块与所述蓄电池连接，所述蓄电池与所述电源稳压模块连接，所述电源稳压模块与所述单片机连接；

所述单片机还分别与所述人体红外感应模块和所述LED灯驱动模块连接，所述LED灯驱动模块与所述LED灯连接；

所述底座上还设置有手动按键，所述手动按键与所述单片机连接。

进一步，所述单片机通过串口连接电脑将电脑的语音文件传输到SD存储器扩展卡中，完成语音文件的存储。

再进一步，所述单片机通过编写程序读写语音模块内部芯片寄存器控制语音模块，通过在语音模块寄存器中写入由编有序号的语音识别条目组成的语音识别列表，在语音模块将咪头获取的语音信号转化为电信号传到单片机后，通过编写的语音识别算法识别出电信号对应的语音识别条目，并获取语音识别条目的编号值；获取语音信号的编号值后，单片机通过语音处理算法根据获取的语音信号的编号值调取单片机SD存储器扩展卡中相应的MP3文件，并将MP3文件传输到与语音模块连接的扬声器输出语音。

更进一步，所述人体红外感应模块包括VDD引脚、GND引脚和OUT引脚，所述OUT引脚与所述单片机的I/O引脚连接。

所述人体红外感应模块开始工作后，当人在其感应范围内时，人体红外感应模块的OUT引脚给单片机的I/O口传输高电平，设置定时器，定时时间t，时间t在减小过程中，如果没有人进去人体红外感应模块的感应区，单片机会通过LED灯驱动模块降低LED灯的光强，直到LED灯熄灭，当有人在时间t内进入人体红外感应模块的感应区时，人体红外感应模块OUT引脚给单片机传输低电平，单片机接收到低电平信号后，会调用SD扩展存储卡中的MP3文件“主人，你回来啦”传输至扬声器输出语音，并关闭人体红外感应模块。

将语音识别条目通过电脑连接单片机串口存储在SD存储器扩展卡中，并通过程序实现对MP3文件编号。

系统初始化后，台灯处于省电模式，全部LED处于关闭状态，语音模块LD3320处于开启状态，当台灯中的咪头接收到开启智能台灯的语音信号时，将语音信号转为电信号后，经由语音模块的放大和A/D转换后传输至STC89C52单片机，单片机通过语音识别算法识别电信号对应的语音，并根据语音处理算法调用SD扩展存储卡中相对应的MP3文件，并将MP3文件“主人，智能台灯已开启”传输至与语音模块LD3320连接的扬声器输出语音。

当语音说出工作模式时，语音模块LD3320将咪头接收到的工作模式的语音信号转为电信号后传到单片机后，单片机会调用SD扩展存储卡中相对应的MP3文件“主人，工作模式已开启”传输到扬声器输出语音。

当工作模式进入语音模式后，再通过语音选择开启智能红外功能。

本发明的技术构思是：本发明采用了在嵌入式领域广泛应用的模块，由太阳能电池、光伏控制器模块、蓄电池和电源稳压模块组建的供电系统给STC89C52单片机供电，由LD3320语音模块、咪头、扬声器、STC89C52单片机、HC-SR501人体红外感应模块、SD扩展卡、LED驱动模块和LED灯组成台灯的工作部分，咪头检测语音信号，转化为电信号在LD3320语音模块中进行放大和模数转换后，通过STC89C52单片机的语音识别算法识别电信号所对应的语音信号，一方面可以通过LED驱动模块控制LED灯亮暗强度；一方面可以调用SD扩展卡中的MP3文件，通过扬声器输出语音；一方面可以开启HC-SR501人体红外感应模块，当在设置的时间内没有人进入感应区时，STC89C52单片机可以控制LED灯并逐渐降低LED灯光强。

本发明的有益效果是：

1.本发明采用太阳能电池板组建高效稳定的供电系统，使得台灯的整个系统节能环保且持久稳定；

2.台灯可通过红外传感器检测人是否在检测范围内，当人不在检测范围内时，台灯可自动逐渐降低光强然后自动熄灭；

3.台灯有手动和语音控制模式，可根据个人喜好选择台灯的一种控制模式，使得台灯的控制模式不再单一；

4.台灯可设置全程语音控制的工作模式，对于行动不便的人或是小孩来说非常方便；

5.台灯嵌有人性化的贴心呵护功能，设置此项功能后，台灯每隔一段时间都会通过语音说出“主人，休息会儿吧”的提醒语句，做到贴心调节人的休息和学习时间。

附图说明

图1为一种声控节能台灯的结构示意图。

图2为一种声控节能台灯的系统框架图。

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和图2，一种声控节能台灯，包括底座和灯罩，所述底座与所述灯罩之间连接有连接架，所述灯罩内设置有LED灯11，所述声控节能台灯还包括供电系统、语音控制系统、人体红外感应模块9和LED灯驱动模块10，所述供电系统和所述语音控制系统均安装于所述底座上，所述人体红外感应模块9和所述LED灯驱动模块10均安装于所述灯罩上；

所述供电系统包括太阳能电池2、光伏控制器模块3、蓄电池4和电源稳压模块5，所述太阳能电池2与所述光伏控制器模块3连接，所述光伏控制器模块3与所述蓄电池4连接，所述蓄电池4与所述电源稳压模块5连接，所述电源稳压模块5与所述单片机1连接；

所述语音控制系统包括咪头7、扬声器8、语音模块6、单片机1和SD存储器扩展卡12，所述SD存储器扩展卡12与所述单片机1连接，所述咪头7与所述语音模块6连接，所述语音模块6同时与所述单片机1和所述扬声器8连接；

所述单片机1还分别与所述人体红外感应模块9和所述LED灯驱动模块10连接，所述LED灯驱动模块10与所述LED灯11连接；

所述底座上还设置有手动按键13，所述手动按键13与所述单片机1连接。

进一步，所述人体红外感应模块9包括VDD引脚、GND引脚和OUT引脚，所述OUT引脚与所述单片机1的I/O引脚连接。

本实施例中，所述供电系统，由太阳能电池2将光能转化为有效电能存储于光伏控制器模块3，光伏控制器模块3将有效电能以电压的形式给蓄电池4充电，达到蓄电池4的额定电压后，光伏控制器模块3自动切断充电系统，并通过电源稳压模块5将蓄电池额定电压转化为单片机1的工作电压；所述光伏控制器模5块采用高速CPU微处理器和高精度A/D模数转换器，通过控制内置的多路太阳能电池方阵对蓄电池4充电，并可调节模块自身输出电压，并可防止蓄电池4的电量回流、倒流及逆流。

所述语音控制系统，由咪头7将声音信号转为电信号，通过语音模块6内的放大电路将电信号放大，并通过A/D转换电路将电压的模拟信号转为数字信号，由单片机1通过语音识别算法控制语音模块6，识别数字信号所对应的语音信号，再通过语音处理算法调用SD扩展存储卡中与语音信号相对应的MP3语音文件，通过扬声器8输出语音；语音识别和语音播放的具体过程为：单片机1连接有SD存储器扩展卡12，单片机1通过串口连接电脑将电脑的语音文件传输到SD存储器扩展卡12中，完成语音文件的存储；单片机1通过编写程序读写语音模块6内部芯片寄存器控制语音模块6，通过在语音模块寄存器中写入由编有序号的语音识别条目组成的语音识别列表，在语音模块6将咪头7获取的语音信号转化为电信号传到单片机1后，通过编写的语音识别算法识别出电信号对应的语音识别条目，并获取语音识别条目的编号值；获取语音信号的编号值后，单片机1通过优化的语音处理算法根据获取的语音信号的编号值调取单片机SD存储器扩展卡12中相应的MP3文件，并将MP3文件传输到与语音模块6连接的扬声器7输出语音；

语音模块6采用LD3320语音模块，单片机1对LD3320语音模块的控制是通过读写LD3320语音模块内部寄存器实现的，在初始化LD3320语音模块后，通过在LD3320语音模块寄存器中写入识别列表，当咪头7采集到声音信号后，通过语音处理算法从识别列表中找到与语音信号相对应的识别条目，并将识别条目的编号值返回给单片机1；所述LD3320语音模块寄存器中写入的识别列表可在程序中动态编辑，识别列表中存储的识别条目不超过50个，每个识别条目的长度不超过79个字节拼音字符串。

LED灯驱动模块10由单片机1控制，传输稳定的电压。

人体红外感应模块9由单片机1控制开启，人体红外感应模块9工作时，当人在人体红外感应模块9的感应范围内时，人体红外感应模块9的OUT引脚输出高电平，当人离开人体红外感应模块9的感应范围时，OUT引脚输出低电平，可通过程序实现，当人体红外感应模块9的OUT引脚由高电平转为低电平时，单片机1接收到电平变化后可通过LED驱动模块10控制LED灯11的亮度。

单片机1的选型：本系统采用STC89C52单片机，它是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，提供了32个I/O端口，两个全双工串行端口TXD和RXD，通过串口可直接下载用户程序，3个16位定时器/计时器，4个外部中断，STC89C52降至0HZ静态逻辑操作时，可选择空闲模式和掉电保护模式两种节电模式，在空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作减少功耗；在掉电保护模式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，STC89C52单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

语音模块6的选型：由于语音信号需有较高的识别精度，便于单片机的语音处理算法能按期望的程序设计进行，减小系统的识别误差从而提升系统的稳定性和整体性能，保证台灯的质量和使用寿命。本发明采用LD3320语音模块，LD3320内部集成有快速而稳定地语音优化算法，无需外部FLASH，RAM资源和A/D芯片，可以很好地完成非特定人的语音识别而不需要事先训练和录音，识别准确率可达95%，该芯片内部集成了MP3播放功能，支持MPEG等格式，可实现语音提示和MP3语音文件的播放功能，由于内部含有16位A/D、D/A转换器和功放电路，麦克风、立体声耳机和单声道喇叭可以很方便地和芯片管脚连接，不需要外接功放电路就可以产生清晰地声音。

人体红外感应模块9的选型：本系统采用HC-SR501人体红外感应模块，内置的BISS0001芯片是一款性能较高的传感信号处理集成电路，HC-SR501人体红外感应模块提供三个引脚VDD、GND、OUT，OUT引脚接单片机的I/O引脚，控制方便，工作电压为4.5V～20V，静态电流小于50微安，功耗低，模块采用圆形透镜，使得探头四面都感应，灵敏度强；HC-SR501人体红外感应模块有重复触发模式和不可重复触发模式两种模式可选，当人在HC-SR501人体红外感应模块的感应范围内时，HC-SR501人体红外感应模块的OUT引脚输出高电平，当人离开HC-SR501人体红外感应模块的感应范围时，OUT引脚输出低电平。

本发明的工作过程：首先，通过编写程序，将语音识别条目“开启智能台灯”、“手动模式”，“语音模式”、“开启智能红外”、“关闭智能红外”、“开启贴心服务”、“30分钟”、“一个小时”、“两个小时”、“关闭贴心服务”、“关闭智能台灯”写入语音模块LD3320的寄存器中；将MP3文件“主人，智能台灯已开启”、“主人，手动模式已开启”、“主人，语音模式已开启”、“好的，主人请设置时间”、“时间设置成功”、“主人，你回来啦”、“好的，需要多长时间提醒主人休息”、“好的”、“主人，休息一会儿吧”通过电脑连接单片机串口存储在SD存储器扩展卡中，并通过程序实现对MP3文件编号。

系统初始化后，台灯处于省电模式，全部LED处于关闭状态，LD3320语音模块处于开启状态，当台灯中的咪头7接收到“开启智能台灯”的语音信号时，将语音信号转为电信号后，经由LD3320语音模块的放大和A/D转换后传输至STC89C52单片机，STC89C52单片机通过语音识别算法识别电信号对应的语音，并根据语音处理算法调用SD扩展存储卡中相对应的MP3文件，并将MP3文件“主人，智能台灯已开启”传输至与LD3320语音模块连接的扬声器8输出语音。这时，人可选择语音说出“手动模式”、“语音模式”中的一个语音信号。

当语音说出“手动模式”时，LD3320语音模块将咪头7接收到的“手动模式”的语音信号转化为电信号传到STC89C52单片机后，STC89C52单片机调用SD扩展存储卡12中相对应的MP3文件“主人，手动模式已开启”传输至与LD3320语音模块连接的扬声器8，扬声器8输出语音后，STC89C52单片机关闭语音系统，并开启台灯手动按键模式，扫描台灯底座上的手动按键13，当第一次按下手动按键13时，STC89C52单片机检测到手动按键13按下的信号后，会控制LED灯驱动模块10点亮中间的一个LED灯；当第二次按下手动按键13时，STC89C52单片机检测到手动按键13按下的信号后，会控制LED驱动器模块10点亮全部LED灯；当第三次按下手动按键13时，STC89C52单片机检测到手动按键13按下的信号后，会关闭全部LED灯，并开启LD3320语音模块，这时台灯处于省电模式。

当语音说出“语音模式”时，LD3320语音模块将咪头7接收到的“语音模式”的语音信号转为电信号后传到STC89C52单片机后STC89C52单片机会调用SD扩展存储卡12中相对应的MP3文件“主人，语音模式已开启”传输到扬声器8输出语音，并控制LED驱动器模块10点亮全部LED灯，进入语音模式后，可语音选择“开启智能红外”和“开启贴心服务”两种特别功能，当咪头7检测到“开启智能红外”的语音信号后，将转化的电信号传到STC89C52单片机，STC89C52单片机会调用SD扩展存储卡12中相对应的MP3文件“好的，主人请设置时间”到扬声器8输出语音，这时可语音说出时间，LD3320语音模块将咪头7接收到的时间t1的语音信号转化为电信号传到STC89C52单片机后，STC89C52单片机会调用SD扩展存储卡12中相对应的语音文件“时间设置成功”到扬声器8输出语音，并开启HC-SR501人体红外感应模块，HC-SR501人体红外感应模块开始在自身探测范围内探测人体红外线，当人离开其探测范围后，HC-SR501人体红外感应模块会给STC89C52单片机传输一个低电平信号，STC89C52单片机接收到这个信号后，会开启定时功能，使设置的时间每隔一秒减小，在时间t1内，如果没有人进入HC-SR501人体红外感应模块的探测范围，STC89C52单片机会控制LED灯驱动模块10逐渐降低LED灯的光强，直到全部LED熄灭；当有人在时间t1内进入HC-SR501人体红外感应模块的探测范围时，HC-SR501人体红外感应模块会给STC89C52单片机发送一个高电平信号，STC89C52单片机接收到信号后，会调用SD扩展存储卡12中相对应的语音文件“主人，你回来啦”传输至扬声器8输出语音，并关闭HC-SR501人体红外感应模块；当咪头检测到“开启贴心服务”的语音信号时，将转化的电信号传到STC89C52单片机后，STC89C52单片机会调用SD扩展存储卡12中相对应的语音文件“好的，需要多长时间提醒主人休息”至扬声器8输出语音，这时可语音说出时间t2，LD3320语音模块将咪头7接收到的时间的语音信号转化为电信号传到STC89C52单片机后，STC89C52单片机会调用SD扩展存储卡12中相对应的语音文件“好的”至扬声器8输出语音，并开启定时功能，定时时间t2，每过时间t2，STC89C52单片机会调用SD扩展存储卡12中的语音文件“主人，休息一会儿吧”至扬声器8输出语音，当咪7头检测到“关闭贴心服务”的语音信号时，将转化后的电信号传到STC89C52单片机后，STC89C52单片机会调用SD扩展存储卡12中相对应的语音文件“贴心服务已关闭”至扬声器8输出语音，当咪头7检测到“关闭智能台灯”的语音信号后，将转化后的电信号传到STC89C52单片机后，STC89C52单片机会控制LED灯驱动模块10关闭全部LED灯，并开启LD3320语音模块，使台灯处于省电模式，直到咪头7再次检测到“开启智能台灯”的语音信号。

Claims

1.一种声控节能台灯，包括底座和灯罩，所述底座与所述灯罩之间连接有连接架，所述灯罩内设置有LED灯，其特征在于：所述声控节能台灯还包括供电系统、语音控制系统、人体红外感应模块和LED灯驱动模块，所述供电系统和所述语音控制系统均安装于所述底座上，所述人体红外感应模块和所述LED灯驱动模块均安装于所述灯罩上；

2.如权利要求1所述的一种声控节能台灯，其特征在于：所述单片机通过串口连接电脑将电脑的语音文件传输到SD存储器扩展卡中，完成语音文件的存储。

3.如权利要求2所述的一种声控节能台灯，其特征在于：所述单片机通过编写程序读写语音模块内部芯片寄存器控制语音模块，通过在语音模块寄存器中写入由编有序号的语音识别条目组成的语音识别列表，在语音模块将咪头获取的语音信号转化为电信号传到单片机后，通过编写的语音识别算法识别出电信号对应的语音识别条目，并获取语音识别条目的编号值；获取语音信号的编号值后，单片机通过语音处理算法根据获取的语音信号的编号值调取单片机SD存储器扩展卡中相应的MP3文件，并将MP3文件传输到与语音模块连接的扬声器输出语音。

4.如权利要求1～3之一所述的一种声控节能台灯，其特征在于：所述人体红外感应模块包括VDD引脚、GND引脚和OUT引脚，所述OUT引脚与所述单片机的I/O引脚连接。

5.如权利要求4所述的一种声控节能台灯，其特征在于：所述人体红外感应模块开始工作后，当人在其感应范围内时，人体红外感应模块的OUT引脚给单片机的I/O口传输高电平，设置定时器，定时时间t，时间t在减小过程中，如果没有人进去人体红外感应模块的感应区，单片机会通过LED灯驱动模块降低LED灯的光强，直到LED灯熄灭，当有人在时间t内进入人体红外感应模块的感应区时，人体红外感应模块OUT引脚给单片机传输低电平，单片机接收到低电平信号后，会调用SD扩展存储卡中的MP3文件“主人，你回来啦”传输至扬声器输出语音，并关闭人体红外感应模块。

6.如权利要求3所述的一种声控节能台灯，其特征在于：将语音识别条目通过电脑连接单片机串口存储在SD存储器扩展卡中，并通过程序实现对MP3文件编号。

7.如权利要求6所述的一种声控节能台灯，其特征在于：系统初始化后，台灯处于省电模式，全部LED处于关闭状态，语音模块LD3320处于开启状态，当台灯中的咪头接收到开启智能台灯的语音信号时，将语音信号转为电信号后，经由语音模块的放大和A/D转换后传输至STC89C52单片机，单片机通过语音识别算法识别电信号对应的语音，并根据语音处理算法调用SD扩展存储卡中相对应的MP3文件，并将MP3文件“主人，智能台灯已开启”传输至与语音模块LD3320连接的扬声器输出语音。

8.如权利要求7所述的一种声控节能台灯，其特征在于：当语音说出工作模式时，语音模块LD3320将咪头接收到的工作模式的语音信号转为电信号后传到单片机后，单片机会调用SD扩展存储卡中相对应的MP3文件“主人，工作模式已开启”传输到扬声器输出语音。

9.如权利要求8所述的一种声控节能台灯，其特征在于：当工作模式进入语音模式后，再通过语音选择开启智能红外功能。