CN106395516A - 一种基于语音识别的乘客电梯智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于语音识别的乘客电梯智能控制系统，其特征在于，包括DSP控制器模块、语音采集模块及语音处理模块，其中：语音采集模块，用于采集电梯内的语音信号；语音处理模块，用于对语音采集模块采集到的语音信号进行预处理；DSP控制器模块，用于识别出预处理后的语音信号中所包含的语音指令，依据语音指令向电梯的PLC控制器发出控制指令。本发明的有益效果是：当电梯人多无法按电梯面板时；双手搬运货物无法操作电梯面板时；只需要运送货物无需用户乘坐电梯时；残疾人、轮椅病人、儿童等无法使用电梯面板等情况时用户只需要在电梯轿厢内或电梯门口发出语音命令，系统将自动识别并向用户确认，然后执行命令。

Description

一种基于语音识别的乘客电梯智能控制系统

技术领域

本发明涉及一种基于语音识别的乘客电梯智能控制系统，该系统可以识别非特定人孤立词汇并按照识别内容对电梯进行控制。

背景技术

语言是人们沟通与交流的最基本工具之一，同时也是人与人之间传递信息的重要方式。随着计算机的普及，人与机器之间的交流变得愈发的重要，而如何让机器“听懂”人类的语音，这其中涉及到了多学科的交叉，有生理学，语言学，计算机科学，控制科学及信号处理等学科。语音识别的最终目标是实现人类通过语言直接控制计算机。

近些年来，伴随计算机及人工智能的迅猛发展，对非特定人的语言识别也受到极大的关注，语音识别在各个领域的应用也越来越宽泛。在商业领域上，通过应用语音识别的智能车载，使驾驶员更专注于驾驶，愉悦驾驶心情的同时减少了交通事故的发生。在生活领域上，智能语音家居的普及，使人们生活更加便捷和高效。在教育领域上，智能语音翻译的出现，使得世界各地区人们交流越来越密切。在安防领域上，语音识别对于特殊场合的监控、身份识别和情报传递等起了重要作用。

发明内容

本发明的目的是将语音识别运用到电梯控制上。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是在保留传统电梯按键基础上，提供了一种基于语音识别的乘客电梯智能控制系统，其特征在于，包括DSP控制器模块、语音采集模块及语音处理模块，其中：

语音采集模块，用于采集电梯轿厢内及电梯门口的语音信号；

语音处理模块，用于对语音采集模块采集到的语音信号进行预处理；

DSP控制器模块，用于识别出预处理后的语音信号中所包含的语音指令，依据语音指令向电梯的PLC控制器发出控制指令。

优选地，还包括扬声器模块，所述DSP控制器模块识别出语音指令后，通过扬声器模块向外播放，位于电梯内的用户听到扬声器模块播放的语音指令后，对语音指令予以确认，所述DSP控制器模块仅在得到用户确认后，才向电梯的PLC控制器发出控制指令。

优选地，所述DSP控制器模块判断经所述语音处理模块预处理的语音信号是否是孤立词，仅在是孤立词的情况下，才对语音信号中所包含的语音指令进行识别。

优选地，所述DSP控制器模块对语音信号中所包含的语音指令进行识别包括以下步骤：

所述DSP控制器进行端点检测，用于确定语音信号的起始点和结束点；然后提取这段语音信号的梅尔倒谱系数，再利用提取出的梅尔倒谱系数，使用动态时间规整算法对语音信号进行识别。

优选地，还包括语音库，在语音库内存储有用户语音控制电梯时可能用到的所有孤立词，所述动态时间规整算法通过与语音库进行匹配实现语音指令的识别。

本发明提供的一种基于语音识别的电梯智能控制系统以嵌入式微控制器为核心，可以在以下情况为用户提供极大的便利：当电梯人多用户无法按电梯面板时；双手搬运货物无法操作电梯面板时；使用工业电梯只需要运送货物无需用户乘坐电梯时；残疾人、轮椅病人、儿童等无法使用电梯面板时。遇到以上情况的用户只需要在电梯内任何位置或电梯门口发出语音命令，如“四楼”、“开门”、“关门”等，系统将对语音信号进行自动识别并向用户重复其语音命令，当采集到用户的确认命令后，系统再执行命令。本发明提供的智能电梯控制系统，可以解决各种电梯用户无法操作电梯面板时的情况，极大的便利的人们的生活，在工业与物流领域也有很广的使用前景。

综上所述，本发明的有益效果是：当电梯人多无法按电梯面板时；双手搬运货物无法操作电梯面板时；只需要运送货物无需用户乘坐电梯时；残疾人、轮椅病人、儿童等无法使用电梯面板等情况时用户只需要在电梯轿厢内或电梯门口发出语音命令，系统将自动识别并向用户确认，然后执行命令。

附图说明

图1是语音识别电梯控制系统的系统框架图；

图2是语音识别电梯控制系统的硬件原理图；

图3是语音识别电梯控制系统的软件流程图；

图4是电梯PLC控制器的开关门示例梯形图；

图5是电梯PLC控制器的选层示例梯形图；

图6是电梯PLC控制器的外呼上下楼示例梯形图；

图7是上位机DSP通信流程图；

图8是下位机PLC通信流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示，是本发明一种可以识别非特定人孤立词汇乘客电梯智能控制系统的总体框图。本语音识别电梯控制系统包括DSP控制器模块、语音采集模块、语音处理模块、扬声器模块。其中DSP控制器模块，语音处理模块都内嵌在电梯轿厢内部；语音采集模块是一个高灵敏度麦克风，安装在电梯轿厢内部，负责采集电梯内的语音信号。扬声器模块安装在电梯内，可以重复用户的命令以便进行确认。使用时用户在电梯内部或者门口发出语音短句命令如“四楼”、“开门”、“关门”、“是/确认”、“否/不是”后，电梯轿厢内的麦克风采集到这些语音后将其发送给语音处理模块，语音处理模块对来自语音采集模块的信号进行滤波、放大等预处理，然后发送给DSP控制器模块，DSP控制器模块对信号进行语音处理和识别。DSP控制器识别出语音指令后，与电梯的PLC控制器以RS485接口、MODBUS协议的方式建立通信，向PLC控制器发送控制指令。本电梯智能控制系统在使用语音识别控制电梯的同时保留了电梯传统按键。

如图2所示，是本发明一种可以识别非特定人孤立词汇乘客电梯智能控制系统的硬件原理图。语音识别电梯控制系统的DSP控制器模块采用TMS320VC5509芯片，完成整个系统的调度和控制，同时进行语音的处理和识别，对语音信号依次进行端点检测、MFCC特征参数提取、和基于DTW算法的语音识别；语音采集模块采用信噪比为95dB，识别频率在20-2kHz的声音采集器，负责采集电梯各个位置的声音。语音模块采用TLV320AIC23芯片用于处理用户发出的语音信号，该芯片不仅能对语音信号进行预处理，还可以对用户的语音信号进行回放；扬声器模块采用8欧0.5瓦的扬声器用于确认用户发出的语音命令，当DSP控制器识别不出用户的语音命令时还可以通过该模块发出“请重复”等语音提醒用户重新发出命令或者更换词汇。AMD485是一种异步半双工两线制通信接口，通过与PLC控制器自带的RS485接口通信后，可以实现TMS320VC5509与PLC控制器的通信。

如图3所示，是本发明一种可以识别非特定人孤立词汇乘客电梯智能控制系统的语音识别软件流程图。本系统持续对电梯内的孤立词汇进行采集，当确认采集到语音信号时，才进入语音识别的流程。首先通过TLV320AIC23芯片对语音信号进行滤波、放大等预处理，该步骤对于后续语音识别的准确率有着关键作用；处理后的信号发送到DSP控制器，首先进行端点检测，用于确定孤立词信号的的起始点和结束点；然后提起这段信号的MFCC特征参数，即梅尔倒谱系数，这种特征不依赖于信号的性质，对输入信号不做任何的假设和限制，又利用了听觉模型的研究成果，因此，这种参数比基于声道模型的LPCC相比具有更好的鲁邦性，更符合人耳的听觉特性，而且当信噪比降低时仍然具有较好的识别性能；利用提取出的MFCC特征参数，就可以使用DTW算法对语音信号进行识别，DTW算法即动态时间规整算法，该算法正适用于孤立词说话速度不均匀的特点，是把时间规整与距离测度计算结合起来的一种非线性规整技术。本系统拥有一个语音库，该语音库包含用户语音控制电梯时可能用到的所有孤立词，DTW算法通过与该语音库进行匹配即可实现识别，最后将识别出的语音命令通过串口发送给PLC以实现对电梯的控制。

如图4所示，是本发明一种可以识别非特定人孤立词汇乘客电梯智能控制系统的电梯PLC控制器的开关门示例梯形图。PLC梯控制系统的输入输出分配表如下：

表1.输入输出分配表

开关门梯形图原理：电梯未平层时，M30得电，此时手动开关门按钮X012和X013按下均无效，M31和M32不得电。电梯平层时，M33得电，轿厢门打开，延时3S后，自动关闭。如图3所示，X012和X013分别为传统的开关门按键，X024和X025分别为来自DSP的开关门信号。

如图5所示，是本发明一种可以识别非特定人孤立词汇智能电梯控制系统的电梯PLC控制器的三层电梯选层示例梯形图。以一楼内呼为例，按下X000按钮，则Y000被接通并保持，直到电梯到达一楼时利用X014常闭触点断开Y000。在按下X000的同时D1赋值为1，从而实现存储功能。当Y000失电时，D1和M0、M1、M2被清零。图5中X000，X001和X002分别为一楼、二楼、三楼选层按键；X026，X027，X017则分别为来自DSP的一楼、二楼、三楼控制信号。

如图6所示，是本发明一种可以识别非特定人孤立词汇智能电梯控制系统的电梯PLC控制器的外呼上下楼示例梯形图。图中X005和X006分别为二楼外呼下和二楼外呼上，X003和X011分别为来自DSP的二楼外呼下和二楼外呼上。以二楼向上外呼信号为例，如果电梯不在二楼，此时按下X006，D7赋值为2，M106得电并保持。如果此时电梯为下行，则M106、Y017常开闭合，Y006得电并且在电梯下降过程中一直保持。如果电梯处于上行阶段，则M106、Y016常开闭合，Y006得电并保持，直到电梯上行到二楼时失电。Y006失电时，D7和M18、M19、M20被清零。

如图7和图8所示，分别为DSP上位机通信流程图和PLC下位机通信流程图。本系统的DSP控制器和PLC控制器通过RS485接口、MODBUS协议进行通信。MODBUS数据帧包含从机地址，命令码，数据和校验码，波特率为9600bps，数据采用CRC16校验。RS485是异步半双工的通讯总线。DSP上位机处于主导和支配地位，定时发出监控命令，等待PLC下位机的应答。下位机处于侦听状态，不能主动往总线发送数据。在接收到上位机发送的一帧信息后，首先比较校验码，如果校验码相同，则继续处理命令码和数据，并根据命令回送相应的应答帧，如果校验码不同则忽略。当DSP控制器与PLC控制器成功通信后，DSP上位机可以通过向PLC下位机发送带有地址、命令和数据的MODBUS数据帧控制PLC的相应寄存器以实现语音识别系统发出的电梯操作指令。

本发明提出的智能电梯控制系统可以应用于是生活工作、工业生产、物流的等领域，实现了语音处理和现代机械设备的结合，顺应现代机械设备智能化的发展趋势。

Claims (5)

1.一种基于语音识别的乘客电梯智能控制系统，其特征在于，包括DSP控制器模块、语音采集模块及语音处理模块，其中：

语音采集模块，用于采集电梯轿厢内及电梯门口的语音信号；

语音处理模块，用于对语音采集模块采集到的语音信号进行预处理；

DSP控制器模块，用于识别出预处理后的语音信号中所包含的语音指令，依据语音指令向电梯的PLC控制器发出控制指令。

2.如权利要求1所述的一种基于语音识别的乘客电梯智能控制系统，其特征在于，还包括扬声器模块，所述DSP控制器模块识别出语音指令后，通过扬声器模块向外播放，位于电梯内的用户听到扬声器模块播放的语音指令后，对语音指令予以确认，所述DSP控制器模块仅在得到用户确认后，才向电梯的PLC控制器发出控制指令。

3.如权利要求1所述的一种基于语音识别的乘客电梯智能控制系统，其特征在于，所述DSP控制器模块判断经所述语音处理模块预处理的语音信号是否是孤立词，仅在是孤立词的情况下，才对语音信号中所包含的语音指令进行识别。

4.如权利要求3所述的一种基于语音识别的乘客电梯智能控制系统，其特征在于，所述DSP控制器模块对语音信号中所包含的语音指令进行识别包括以下步骤：

所述DSP控制器进行端点检测，用于确定语音信号的起始点和结束点；然后提取这段语音信号的梅尔倒谱系数，再利用提取出的梅尔倒谱系数，使用动态时间规整算法对语音信号进行识别。

5.如权利要求3所述的一种基于语音识别的乘客电梯智能控制系统，其特征在于，还包括语音库，在语音库内存储有用户语音控制电梯时可能用到的所有孤立词，所述动态时间规整算法通过与语音库进行匹配实现语音指令的识别。