CN104936352A - 听话灯 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种听话灯，属于照明技术领域，具体说涉及智能控制照明技术领域，具有语音、音乐和拍掌三种控制模式，硬件包括微处理器、语音信号采集模块、LED驱动模块、电压转换模块、LED发光模块。语音信号采集模块对语音信号进行采集、放大、滤波；微处理器进行控制模式选择，语音频谱分析、处理与识别，发出控制命令；LED驱动模块接收微处理器的控制命令，实现对灯的开关、颜色与光强度控制；电压转换模块为微处理器、语音信号采集模块供电。本发明采用上述结构通过对语音的识别实现对灯的开关、颜色与明暗进行控制，并可随音乐改变灯光颜色和亮度，达到智能、方便、快捷、场景与娱乐的目的。

Description

听话灯

技术领域

本发明涉及灯光控制领域，尤其涉及一种听话灯。

背景技术

随着社会的发展，人们对生活环境的要求越来越高。灯具是人们日常生活与工作中必不可少的用电设备，传统的灯具开关为机械式，只可控制开与关两种状态，且其位置固定，需要使用者到制定位置触发开关，控制不便。

当今市场中的声控开关比机械开关先进，使用较为方便，但也只能对灯具进行开与关的控制，对语音信号无法识别。有些亮暗可调的开关多为机械式，通过旋钮调节电压或电流，达到控制灯具亮暗的目的，但其操作不便，且易损坏，应用范围不广。然而在不同环境中，人们对灯光的亮暗、颜色要求均不同，而传统方式均无法对灯光颜色进行调节，更无法通过语音指令实现对灯光亮度与颜色的控制。

本发明针对以上问题，提供一种听话灯，实现语音识别，且能根据音乐节奏来控制灯的颜色和亮度，极大地增强了灯的功能，方便了人们控制。

发明内容

本发明提供一种听话灯，目的在于实现一种新的灯光控制方式，可通过语音指令对灯的开关、亮暗与颜色进行控制。其控制模式有三种：语音模式、音乐模式和拍掌模式；其结构主要包括微处理器、语音信号采集模块、LED驱动模块、电源模块。

所述语音模式中，听话灯能够对“开灯”、“关灯”、“变色”、“停”、“亮度加”、“亮度减”、“浪漫点”、“音乐灯”、“睡觉”这9种语音指令进行识别，做出相应动作。

所述语音模式中，在语音模式下说出关键词“音乐灯”，即可进入音乐模式。

所述语音模式中，断开电源后，在5秒内再通电，可切换到拍掌模式，拍掌模式的初始颜色为橘黄色。

所述拍掌模式中，断开电源后，在5秒内再通电，可切换到语音模式，语音模式的初始颜色是白色。

所述拍掌模式中，不识别任何语音指令，通过检测拍掌信号来控制开灯和关灯。

所述音乐模式中，可识别音乐信号的节拍点，用改变灯的颜色来反映节拍的变化；同时灯的亮度会跟随音乐频率高低起伏。

所述音乐模式中，支持说出“开灯”命令恢复到语音模式，颜色变成白光照明。

所述微处理器选用32位Cortex-M3处理器，主频需要54Mhz或以上，对语音信号进行预处理、端点检测、特征提取、构造隐马科夫模型，与已知词汇的模型进行匹配计算，得出相似度最大的词，符合限定条件的将执行相应的命令。

所述语音信号采集模块中，驻极体话筒正极加直流偏置，采集语音信号输入到运算放大器，进行信号放大和有源带通滤波。

所述电源模块中，将9V直流电源经过线性稳压器输出3.3V直流电压，供给微处理器与语音信号采集模块。

所述LED驱动模块中，有两组LED，分别是白色LED和RGB LED，其中白色LED用作照明，而RGB LED的红、绿、蓝三色混光合成不同颜色。

附图说明

图1是本发明听话灯的原理示意图；

图2是语音信号采集模块电路图；

图3是LED驱动电路图

图4是另一种LED驱动电路图；

图5是微处理器电路图。

具体实施方式

下面分音乐模式、语音模式、拍掌模式、如何切换模式、语音指令功能共5部分来介绍本发明具体实施方式，参见图1本发明听话灯的原理示意图：

1.音乐模式

听歌时每当遇到一个节拍点，灯泡会变换一种颜色。实施方法是对每帧声音信号进行傅里叶变换，实时监测50到200赫兹频段内的幅度变化，对有波峰起伏特性且能量较高的幅度标记为备选节拍点，然后计算各备选节拍点之间的时间差，大于0.8秒确认为真实节拍点。

听歌时灯泡的亮度会随着声音频率产生明暗变化效果。实施方法是对每帧声音信号进行傅里叶变换，找出当前能量最高的频点，该频点在375到2000赫兹频率范围内的位置，对应LED总亮度的10％到100％。

2.语音模式

识别中文语音指令的方法是对每帧声音信号计算短时能量判断语音起点，对起点后面的信号进行加窗、傅里叶变换、预加重、提取MEL频率倒谱系数、构建隐马科夫模型，然后与已知词汇的模型相比较，得出相似度最大的词，并且计算出来的得分和说话占用时间必须都大于预设阀值才会执行相应的功能。

语音识别可以检测说话的占用时间，因此，在变色功能里，用户说“停”后，能测出说话的时长，若说话期间颜色产生变化，该灯会将颜色恢复到停之前的状态，能有效防止说话期间灯的颜色已产生变化，导致灯的颜色并非用户期望颜色的情况发生。

3.拍掌模式

实时统计100毫秒内声音信号的平均能量、过零率，与拍掌所产生的噪声特征相似就会触发开灯；噪声间隔在大于200毫秒且小于700毫秒当作连续拍掌处理，将触发关灯。噪声会使开灯时间保持为60秒，如果60秒后环境非常安静，灯会自动关闭。

4.如何切换模式

单片机外部有一个二极管和一个电容存储能量，连接到VBAT引脚，对单片机内部的一片专用RAM供电。灯泡每次上电时，先从专用RAM读出之前保存的模式，如果存储的模式是语音模式，那么上电时会变为拍掌模式；如果存储的模式是拍掌模式，那么上电时会变成语音模式。然后当前模式会被保存到专用RAM，数据的存活时间由外部电容容量决定。

在语音模式下，说出“音乐灯”这个词，就会切换到音乐模式，灯从原来的照明状态变为彩色状态；而在音乐模式下，说出“开灯”这个词，就会恢复到语音模式，灯的颜色变为白光照明。

5.语音指令功能

语音模式中，可识别开灯、关灯、变色、停、亮度加、亮度减、浪漫点、音乐灯、睡觉共9个中文语音指令，各指令功能如下：

开灯：灯渐渐亮起，颜色和亮度恢复到已保存的状态；

关灯：灯渐渐熄灭；

睡觉：亮度降到最大值的20％，若30分钟内环境基本安静，则亮度降到1％；当用户起床或拍手发出声响，亮度恢复到20％；睡觉状态超过7小时，灯将完全熄灭；

变色：颜色按红黄绿蓝紫渐变顺序缓缓变化，超过30秒自动退出此功能；

亮度加：当前亮度值增加最大亮度值的25％，不会大于最大亮度值的100％；

亮度减：当前亮度值降低一半，不会少于最大亮度值的12％；

停：在变色功能中喊停，将固定当前颜色并保存；

浪漫点：颜色在桃红到深红之间循环变化，营造浪漫的气氛；

音乐灯：切换到音乐模式，使灯的颜色与亮度随音乐节奏变化。

参见如图2所示，MIC为驻极体电容话筒，R11为MIC提供直流偏置，MIC采集的音频信号经过C13耦合到运算放大器U1：A的反相输入端；C13、R13、C15、R16与U1：A构成带通滤波器，通频带约15hz到4100hz，对交流信号的放大倍数约等于4.7倍；R14和R15分压得到直流VDD/2输入到U1：A的同相输入端，与反相输入端的音频信号相加，使输出端的音频信号叠加了VDD/2；R17、C16、C 18、R18与U1：B构成带通滤波器，通频带约100hz到4100hz，对交流信号的放大倍数约47倍；由于C16有隔直流通交流的作用，故U1：B只对交流信号进行了放大，输出端的直流成分被保留，使最终放大的音频信号叠加了VDD/2，VDD/2作为信号的电压中点，这样方便被单片机ADC采集与处理。

参见如图3所示，U21是一款降压型的LED恒流驱动芯片，ISENSE引脚用于测量电压，通过外置电阻R21设定最大输出电流I＝0.1/R；单片机对U21的VSET引脚输入200hz左右PWM脉宽调制信号，LX便以233khz左右的开关频率将L21接通到地，从而使LED通电发光，通过LED的平均电流与PWM_R的占空比成正比；D21是续流二极管，C21是去耦电容。红，蓝，绿三色LED均适应于本电路。

参见如图4所示，U51是一款升压型的LED恒流驱动芯片，FB引脚用于测量电压，通过外置电阻R52设定最大输出电流I＝0.2/R；OV引脚用于过压检测；单片机对U51的EN引脚输入400khz左右的PWM脉宽调制信号，SW引脚便以1mhz左右的开关频率使L51接通到地并充电，当SW关断时，L51右端产生高于VCC的电压，电流流过D51、W1、W2、W3、W4、R52，从而使4个白色LED发光，通过LED的平均电流与PWM_W的占空比成正比；C51和C52是去耦电容。

参见如图5所示，MCU是单片机；C7、C3、C4、C5和C6去耦电容；X1是16mhz无源晶振，C1和C2是起振电容；C10是储能电容，连接到MCU的VBAT引脚，为内部的一片专用RAM供电，只要C10电压高于1.8V，RAM中数据便得以维持；D2是肖特基二极管，防止C10电流倒灌到VDD。MCU的ADC引脚连接到运算放大器U1：B的输出端，采集音频信号；PWM_W、PWM_B、PWM_G、PWM_R分别连接到白色、蓝色、绿色以及红色的LED的驱动芯片，控制各色LED的明暗。

应当指出的是，对于本领域的一般技术人员来说，在不偏离本发明的精神范畴内，对本发明做出的等效变换和修饰，都将落入本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种听话灯，包括LED及其控制装置，所述控制装置包括微处理器、语音信号采集模块、LED驱动模块、LED发光模块、电源模块，其特征在于：所述控制装置具有语音控制、音乐控制和拍掌控制三种模式，可通过语音、音乐、拍掌指令对灯的开关、亮暗与颜色进行控制，包括微处理器、语音信号采集模块、LED驱动模块、电源模块。

2.根据权利要求1所述的听话灯，其特征在于：所述语音模式中，听话灯能够对“开灯”、“关灯”、“变色”、“停”、“亮度加”、“亮度减”、“浪漫点”、“音乐灯”、“睡觉”这9种语音指令进行识别，做出相应动作。

3.根据权利要求1所述的听话灯，其特征在于：所述所述语音模式中，在语音模式下说出关键词“音乐灯”，即可进入音乐模式。

4.根据权利要求1所述的听话灯，其特征在于：所述语音模式中，断开电源后，在5秒内再通电，可切换到拍掌模式，拍掌模式的初始颜色为橘黄色。

5.根据权利要求1所述的听话灯，其特征在于：所述拍掌模式中，断开电源后，在5秒内再通电，可切换到语音模式，语音模式的初始颜色是白色。

6.根据权利要求1所述的听话灯，其特征在于：所述拍掌模式中，不识别任何语音指令，通过检测拍掌信号来控制开灯和关灯。

7.根据权利要求1所述的听话灯，其特征在于：所述音乐模式中，支持说出“开灯”命令恢复到语音模式，颜色变成白光照明。

8.根据权利要求1所述的听话灯，其特征在于：所述音乐模式中，可识别音乐信号的节拍点，用改变灯的颜色来反映节拍的变化，同时灯的亮度会跟随音乐频率高低起伏。

9.根据权利要求1所述的听话灯，其特征在于：所述微处理器选用32位Cortex-M3处理器，主频需要54Mhz或以上，对语音信号进行预处理、端点检测、特征提取、构造隐马科夫模型，与已知词汇的模型进行匹配计算，得出相似度最大的词，符合限定条件的将执行相应的命令。

10.根据权利要求1所述的听话灯，其特征在于：所述语音信号采集模块中，驻极体话筒正极加直流偏置，采集语音信号输入到运算放大器，进行信号放大和有源带通滤波。

11.根据权利要求1所述的听话灯，其特征在于：所述电源模块中，将9V直流电源经过线性稳压器输出3.3V直流电压，供给微处理器与语音信号采集模块。

12.根据权利要求1所述的听话灯，其特征在于：所述LED驱动模块中，有两组LED，分别是白色LED和RGB LED，其中白色LED用作照明，而RGB LED的红、绿、蓝三色混光合成不同颜色。