CN108551514A - 一种完全声控的电话装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种完全声控的电话装置，用以实现纯语音控制的电话通信，该装置包括：电话接口电路：与电话线连接，用以模拟用户的摘机或挂机操作并且将识别的电话号码自动发送；语音识别模块：用以存储并自动识别设定的与摘机、挂机或拨号操作指令相对应关键词语，并将操作指令的识别结果发送；控制器：用以接收语音识别模块的操作指令的识别结果，并根据信令音检测电路进行监测并控制电话接口电路进行摘机、挂机或拨号操作；电话机本体：与电话接口电路共同并接在电话线上，包括柱极话筒和扬声器，用以实现声信号与电信号之间的相互转换和放大处理。与现有技术相比，本发明具有纯声控、非特定语音识别且语音识别率高、动态编辑等优点。
Description
技术领域
本发明涉及单片机控制技术和语音识别技术，尤其是涉及一种完全声控的电话装置。
背景技术
电话通信出现至今已有一百多年的历史，在人与人之间沟通、交流过程中产生了极其深刻的影响，推动了人类文明的进步、发展。如今电话通信早已普及、进入到寻常百姓家庭中。尽管近年来数据业务发展异常迅猛，但是语音通信仍然是不可或缺的交流方式。
但目前家用电话机都是采用人工手动操作，通过摘机听到拨号音后，手动按压电话机上的数字键盘按钮，通过程控交换机完成电话号码的呼叫接续功能。
在中国专利“声控固定电话机-200720121902.6”中介绍一种包括:语音接收单元、语音识别单元、存储单元、处理单元、显示单元以及用于根据用户从显示单元显示的关联电话号码中选择的电话号码进行拨号的外呼单元的声控固定电话机，这种结构中用户首先要将识别的信息及其关联的电话号码预存于存储单元中，不仅增加成本，而且电话号码更新不方便；语音识别信息及关联电话号码的输出取决于相似度预定阈值的设置，即识别率与相似度预定阈值直接关联，为提高识别率，如何设置相似度预定阈值是个问题；电话号码的拨打通过对应按键从多个备选电话号码中进行选择，还需要手动操作。
在中国专利“一种声控电话机-201220105589.8”中，使用时首先把需要使用的号码存储进入存储器模块中；同时把所对应号码的声源通过声控电路转化，也存储到存储器中，这都需要额外的硬件开销及相关的烦琐操作，且电话号码更新不方便；需要打电话时，先按一个相应的按键对着扬声器说出所对应号码声源，也需要手动操作，人机交互不自然。
在中国专利“一种自动拨号通信装置-201710392429.3”中，通过手机或平板电脑作为管理电话通话的工具，虽然手机或平板电脑提供快捷实用的界面，不仅成本高，还需要手工对手机或平板电脑的一系列的操作，才能实现呼叫；或通过快捷拨号装置的操作，仍然需要手动干预，才能将预设的指定号码自动发送(指将存贮器中的号码进行自动发送)。
在中国专利“智能电话机-201410507209.7”中，阐述了由电话机、来电显示器、储存器、数字比较模块、拦截模块组成的智能电话机。当有电话打进来时，来电显示器便会显示其号码，而数字比较模块则会将此号码与储存器中储存的号码进行比较，如果该号码与储存器中储存的号码相同时，拦截模块便会对该信号放行，放行后的信号便会进入振铃装置进行振铃；如果有骚扰电话打入时，该号码与储存器中储存的号码不相同，拦截模块便会对该信号进行拦截，该信号便不会进入振铃装置。这实际上仅仅是实现对来电电话号码的过滤功能，没有体现智能技术。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种完全声控的电话装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种完全声控的电话装置，用以实现纯语音控制的电话通信，该装置包括：
电话接口电路：与电话线连接，用以模拟用户的摘机或挂机操作并且将识别的电话号码自动发送；
语音识别模块：用以存储并自动识别设定的与摘机、挂机或拨号操作指令相对应关键词语，并将操作指令的识别结果发送；
控制器：分别与电话接口电路和语音识别模块连接，用以接收语音识别模块的操作指令的识别结果，根据信令音检测电路进行监测并控制电话接口电路进行摘机、挂机或拨号操作；
电话机本体：与电话接口电路共同并接在电话线上，包括柱极话筒、扬声器以及与柱极话筒连接的放大器电路和与扬声器连接的放大器电路，用以实现声信号与电信号之间的相互转换和放大处理。
所述的电话接口电路为PH8810电话接口芯片。
所述的语音识别模块为LD3320语音识别模块，其采用自动语音识别技术，对输入的指令语音经过频谱分析、转换为语音特征，再将语音特征与关键词语列表中的条目进行匹配，最后将匹配最优的一条关键词语作为识别结果。
所述的控制器为STM32F103RCT6嵌入式-微控制器。
所述的信令音检测电路用以检测电话线上的信令音，包括拨号音和忙音，控制器获取该信令音指示控制电话接口电路的工作状态。
所述的信令音检测电路为PHT01、PHT02或PHT03模块。
所述的柱极话筒依次通过第二放大器和T耦合后与电话接口电路连接。
所述的扬声器通过第一放大器与电话接口电路连接。
该电话装置的使用方法如下：
当用户需要打电话时，发出打电话的声音信号经语音识别模块电路识别后输出指示到控制器，控制器根据该指示控制电话接口电路模拟用户摘机操作，当控制器检测到信令音检测电路有拨号音指示输出时，提示用户拨号，在用户发出0～9数字组成的电话号码声音信号并经语音识别模块电路识别后，通过控制器控制电话接口电路经电话外线发送0～9数字组成的电话号码对应的双音多频信号；
当用户说完电话号码后，若控制器检测信令音检测电路的忙音输出端的忙音输出指示时，则控制器控制控制电话接口电路模拟用户挂机操作，为发起下一次呼叫做准备；
当通信链路建立后，主、被叫用户即可进行通话，主叫用户的话音信号经电信交换机、电话机外线至电话接口电路和扬声器，从而使主叫用户听到被叫用户的话音信号，主叫用户的话音信号经柱极话筒转换为电信号后，经放大和T耦合后通过电话接口电路所连接的电信交换机的外线传至被叫用户，从而使被叫用户听到主叫用户的话音信号；
当通话将要结束时，若主叫用户先挂机，主叫用户发出挂机指令的语音信号，该语音信号被语音识别模块电路识别后输出指示到控制器，控制器根据该指示控制电话接口电路模拟用户挂机操作，本次通话结束，电路复原，若被叫用户先挂机，则控制器通过检测信令音检测电路的忙音输出指示端，控制电话接口电路模拟用户挂机操作，本次通过结束，电路复原。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、无需存贮器预存所呼叫的电话号码；
二、无需任何手工操作，完全采用声控方式，即采用基于语音的用户接口界面，使得用户对系统的操作更简单、自然；
三、采用基于非特定人的语音识别技术，识别条目列表可以进行动态编辑；
四、采用只要将需要识别的条目的内容，以字符串的形式传入芯片，就可以进行识别的集成电路芯片，且语音识别率高。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明的装置原理图，其中，图(2a)为电话接口及信令音检测电路；图(2b)为MCU控制单元电路；图(2c)为语音识别电路；图(2d)为柱极话筒、扬声器放大电路；图(2e)为电源模块电路。
图3为LD3320语音识别系统原理框图。
图4为PH8810的应用原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本发明提供一种完全声控的电话装置，该装置的组成结构框图如图1所示，其对应的电原理图如图2所示。该装置与家用普通电话机并接于外线一起使用，无需手动操作，完全通过语音识别控制，完成电话号码的自动呼叫、发送功能。该完全声控的电话机装置，通过“电话接口电路”U1与家用电话机外线并接在一起，在MCU(单片机)U3的控制下，将“语音识别模块电路”U6的识别结果如用户的“打电话”语音信号转换为用户的“摘机”信号；将“再见”或“拜拜”的语音信号转换为用户的“挂机”信号，实现与程控交换机的信令交互；将“0”、“1”、……“9”识别为构成用户呼叫的电话号码数字，经过“电话接口电路”U1实现电话号码的完全声控自动发送的功能。
由于所用电子元器件的工作电压不完全一致(一部分为5V，另一部分为3.3V)，因此“电源模块”电路满足了各器件的工作电压需求。
整个系统以微控制器即单片机U3为核心，在单片机U3的控制下，实现模拟用户的摘机、挂机操作；通过检测“信令音检测”电路U2的输出，控制电路处于不同的状态；通过“语音识别模块电路”U6和“电话接口电路”U1实现声控电话号码的自动发送。
微控制器MCU即单片机U3采用的是STM32F103RCT6嵌入式-微控制器(或其它微控制器)。该控制器使用高性能的CortexTM-M3 32位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器(高达512K字节的闪存和64K字节的SRAM)，丰富的增强I/O端口和连接到两条APB总线的外设。器件包含了3个12位的ADC、4个通用16位定时器和2个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口：多达2个I2C、3个SPI、2个I2S、1个SDIO、5个USART、一个USB和一个CAN。功能强大，应用灵活。
“语音识别模块电路”U6采用的器件为LD3320。这是一款基于非特定人的语音识别技术、可以动态编辑识别条目列表、只要把要识别的条目的内容，以字符串的形式传入芯片就可以进行识别的集成电路芯片，该芯片不需要外围辅助的Flash/RAM来协助完成识别运算。而目前已有的语音识别/声控芯片，一般都是基于特定人的语音识别技术，需要对识别条目先进行录音输入，随后再识别，这样就使得芯片在出厂后无法修改识别的条目，只能识别出厂前预定制的识别内容，并且识别率低。
LD3320芯片采用自动语音识别技术ASR(Auto Speech Recognition)。ASR技术每次识别的过程就是把用户说出的语音内容，经过频谱分析、转换为语音特征，再将这个转换后的语音特征和"关键词语列表"中的条目一一进行匹配，将最优匹配的一条即作为识别结果。LD3320和微控制器MCU(单片机)组成的语音识别系统原理框图如图3所示，提供了一种脱离按键、键盘、鼠标、触摸屏等图形用户接口的操作方式，采用基于语音的用户接口界面VUI(Voice User Interface)，使得用户对系统的操作更简单、快速和自然。
在LD3320语音识别系统中，用户只需要把识别的关键词语以字符串的形式传送进芯片，即可以在下次识别中立即生效。如用户在微控制器MCU的编程中，简单地通过设置芯片的寄存器，把诸如"打电话"这样的识别关键词语的内容动态地传入芯片中，芯片就可以识别所设定的关键词语。每个关键词语可以是单字、词组、短句或者任何的汉语拼音的组合。基于LD3320的语音识别系统可以随着使用流程，在运行时动态地更改关键词语列表的内容，这样可以用一个系统支持多种不同的场景，同时也不需要用户做任何的录音训练。
在图1所示的一种完全声控的电话机装置中，用户语音信号通过柱极体话筒MK变为电信号后，经U5(TDA2822)放大和T耦合再经“电话接口电路”U1(PH8810)所连接电信交换机的外线传至通话另一方。
通话另一方的语音信号经电信交换机的外线进入“电话接口电路”U1，再经U4(LM386)放大和扬声器LS传至本电话机装置的用户。
“电话接口电路”U1提供了满足电信设备接入标准要求的功能，通过该接口电路将该装置与家用电话机并接于电话线上。该“电话接口电路”采用的器件是PH8810，其引脚描述如表1所示，其应用原理如图4所示，图4中虚线框内为PH8810的内部结构组成图。可见其内部集成了DTMF接收(HT9170)和DTMF发射(HT9200)的功能，很方便地与单片机相连接，也使得单片机操作更灵活；单片机只需对HT9170和HT9200的操作就可以实现对DTMF的接收或发送。
表1 PH8810引脚描述
在该完全声控的电话机装置中，微控制器MCU(单片机)U3通过对“电话接口电路”U1的控制，一方面实现模仿用户的摘机或挂机操作；另一方面将“语音识别模块电路”U6识别后产生的电话号码进行自动发送操作。
“信令音检测”电路U2采用的器件是PHT01或PHT02或PHT03，该器件通过“电话接口电路”U1能检测到电信交换机用户线上的拨号音、忙音等各种信令音，微控制器MCU(单片机)U3检测该“信令音检测”电路U2输出的不同信令音指示，进而控制该装置电路处于不同的工作状态。例如当用户想打电话时，单片机U3经“语音识别电路”U6识别“打电话”的语音后，通过控制“电话接口电路”U1模仿用户摘机操作，此时单片机U3检测“信令音检测”电路U2是否有拨号音指示输出，如果有拨号音指示输出，则经“语音识别模块电路”U6识别后的电话号码在单片机U3的控制下，通过“电话接口电路”U1以双音多频(DTMF)信号的形式发送至外线，如果没有拨号音指示输出，则单片机U3控制“电话接口电路”U1模仿用户挂机操作，以便发起下一次呼叫。
电路的工作原理描述如下：
当用户需要打电话时，发出“打电话”的声音信号经“语音识别模块电路”U6识别后输出指示给微控制单元MCU(单片机)U3，微控制单元MCU根据该指示控制“电话接口电路”U1模仿用户摘机操作，当微控制单元MCU检测到“信令音检测”电路U2有拨号音指示输出时，提示用户拨号，用户发出“0”～“9”数字组成的电话号码声音信号，这些电话号码声音信号分别经“语音识别模块电路”U6识别后，通过微控制单元进而控制集成于“电话接口电路”U1中的DTMF发射(HT9200)电路，再经电话外线发送“0”～“9”数字组成的电话号码所对应的双音多频(DTMF)信号，不用用户的手动参与操作，完全由声控实现。当用户说完电话号码后，微控制单元MCU检测“信令音检测”电路U2的忙音输出端，如果该端有忙音输出指示，说明被叫用户忙，则微控制单元MCU控制“电话接口电路”U1模仿用户挂机操作，以便为发起下一次呼叫做准备。
当通信链路建立后，主、被叫用户就可以通话了，此时主叫用户的话音信号经电信交换机、电话机外线至本装置的“电话接口电路”U1、放大电路U4(LM386)和扬声器LS，从而使主叫用户能听到被叫用户的话音信号；主叫用户的话音信号经柱极体话筒MK转换为电信号后，经U5(TDA2822)放大和T耦合再经“电话接口电路”U1(PH8810)所连接的电信交换机的外线传至通话另一方即被叫用户，从而使被叫用户能听到主叫用户的话音信号。
通话结束，如果主叫用户先挂机，即主叫用户发出“挂机”或“拜拜”的语音信号，该语音信号被“语音识别模块电路”U6识别后输出指示给微控制单元MCU(单片机)U3，微控制单元MCU根据该指示控制“电话接口电路”U1模仿用户挂机操作，本次通话结束，电路复原；如果被叫用户先挂机，则微控制单元MCU(单片机)U3通过检测“信令音检测”电路U2的忙音输出指示端，控制“电话接口电路”U1模仿用户挂机操作，本次通过结束，电路复原。
Claims (9)
1.一种完全声控的电话装置，用以实现纯语音控制的电话通信，其特征在于，该装置包括：
电话接口电路(U1)：与电话线连接，用以模拟用户的摘机或挂机操作并且将识别的电话号码自动发送；
语音识别模块(U6)：用以存储并自动识别设定的与摘机、挂机或拨号操作指令相对应关键词语，并将操作指令的识别结果发送；
控制器(U3)：分别与电话接口电路(U1)和语音识别模块(U6)连接，用以接收语音识别模块(U6)的操作指令的识别结果，根据信令音检测电路(U2)进行监测并控制电话接口电路(U1)进行摘机、挂机或拨号操作；
电话机本体：与电话接口电路(U1)共同并接在电话线上，包括柱极话筒(MK)和扬声器(LS)，用以实现声信号与电信号之间的相互转换和放大处理。
2.根据权利要求1所述的一种完全声控的电话装置，其特征在于，所述的电话接口电路(U1)为PH8810电话接口芯片。
3.根据权利要求1所述的一种完全声控的电话装置，其特征在于，所述的语音识别模块(U6)为LD3320语音识别模块，其采用自动语音识别技术，对输入的指令语音经过频谱分析、转换为语音特征，再将语音特征与关键词语列表中的条目进行匹配，最后将匹配最优的一条关键词语作为识别结果。
4.根据权利要求1所述的一种完全声控的电话装置，其特征在于，所述的控制器(U3)为STM32F103RCT6嵌入式-微控制器。
5.根据权利要求1所述的一种完全声控的电话装置，其特征在于，所述的信令音检测电路(U2)用以检测电话线上的信令音，包括拨号音和忙音，控制器(U3)获取该信令音指示控制电话接口电路(U1)的工作状态。
6.根据权利要求5所述的一种完全声控的电话装置，其特征在于，所述的信令音检测电路(U2)为PHT01、PHT02或PHT03模块。
7.根据权利要求1所述的一种完全声控的电话装置，其特征在于，所述的柱极话筒(MK)依次通过第二放大器(U5)和T耦合后与电话接口电路(U1)连接。
8.根据权利要求1所述的一种完全声控的电话装置，其特征在于，所述的扬声器(LS)通过第一放大器(U4)与电话接口电路(U1)连接。
9.根据权利要求1所述的一种完全声控的电话装置，其特征在于，该电话装置的使用方法如下：
当用户需要打电话时，发出打电话的声音信号经语音识别模块电路(U6)识别后输出指示到控制器(U3)，控制器(U3)根据该指示控制电话接口电路(U1)模拟用户摘机操作，当控制器(U3)检测到信令音检测电路(U2)有拨号音指示输出时，提示用户拨号，在用户发出0～9数字组成的电话号码声音信号并经语音识别模块电路(U6)识别后，通过控制器(U3)控制电话接口电路(U1)经电话外线发送0～9数字组成的电话号码对应的双音多频信号；
当用户说完电话号码后，若控制器(U3)检测信令音检测电路(U2)的忙音输出端的忙音输出指示时，则控制器(U3)控制控制电话接口电路(U1)模拟用户挂机操作，为发起下一次呼叫做准备；
当通信链路建立后，主、被叫用户即可进行通话，主叫用户的话音信号经电信交换机、电话机外线至电话接口电路(U1)和扬声器(LS)，从而使主叫用户听到被叫用户的话音信号，主叫用户的话音信号经柱极话筒(MK)转换为电信号后，经放大和T耦合后通过电话接口电路(U1)所连接的电信交换机的外线传至被叫用户，从而使被叫用户听到主叫用户的话音信号；
当通话将要结束时，若主叫用户先挂机，主叫用户发出挂机指令的语音信号，该语音信号被语音识别模块电路(U6)识别后输出指示到控制器(U3)，控制器(U3)根据该指示控制电话接口电路(U1)模拟用户挂机操作，本次通话结束，电路复原，若被叫用户先挂机，则控制器(U3)通过检测信令音检测电路(U2)的忙音输出指示端，控制电话接口电路(U1)模拟用户挂机操作，本次通过结束，电路复原。
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