CN109449909A - 语音交互防雷箱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种语音交互防雷箱，涉及电力防护设备领域，包括：防雷箱本体以及集成在防雷箱本体中的防雷箱主控、传感器单元、语音识别单元、TTS语音合成单元和触控显示屏；其中，传感器单元、语音识别单元、TTS语音合成单元、和触控显示屏均连接防雷箱主控；触控显示屏用于显示防雷箱工作状态信息以及传感器单元采集到的数据；语音识别单元用于接收并识别语音指令；TTS语音合成单元用于解析文字信息以发出语音播报；防雷箱主控用于接收并分析各个单元的输入信息以控制执行单元动作。本发明能够实时显示当前接入电网的电力系统数据以及电力设备周边环境数据(例如，温度、湿度、防雷器状态好坏等)，具备音视频人机交互能力，有效提升用电安全。
Description
技术领域
本发明涉及电力防护设备领域，具体而言，涉及一种语音交互防雷箱。
背景技术
现代社会，无论是在传统的生产管理、传统制造业，还是利用大数据信息分析及计算机通信系统的高新技术产业，电力系统无处不在，它在几乎所有领域都作为极其重要的能源。可以想象一旦电力系统遭到破坏将给企业生产等带来不可估量的损失，即使修复的速度再快也是会带来影响，最好的方法是防患于未然，然而目前市场上对这一领域的支持还很薄弱。目前市场上现有的电源端防护设备主要是空气开关，漏电保护器和SPD浪涌保护器。空气开关(以下简称：空开)可以在零火短路的情况下切断电源，漏电保护器可以监测电路中的电流平衡度，一旦发生漏电现象则电流不平衡，利用不平衡的电流差驱动电磁铁吸合以切断主电源供电。SPD浪涌保护器主要是在电路遭遇极大的电压冲击时导通大地，将能量泄放到大地以保护后端用电设备的安全。在实现本发明的过程中申请人发现：以上所述电源端防护设备都是机械结构，这些设备均是先发生灾难后被动触发保护机制来保护电力系统，而且往往不能自恢复，且实时性极差，如果电力维护工作人员不能第一时间发现故障就不能及时解决问题。因此，如何针对现有技术中电力系统的防护设备不具备实时性，在电力系统检修过程中需要手动排查故障点，不能实时交互等缺陷设计一种便于排查故障、实时防护能力强的防护设备成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术或相关技术中存在的技术问题之一，公开了一种具有智能交互功能的语音交互防雷箱，便于排查电网故障，安全度高，实时防护能力强，能够有效提升用电安全。
本发明是通过以下技术方案予以实现：一种语音交互防雷箱，包括：防雷箱本体以及集成在防雷箱本体中的防雷箱主控、传感器单元、语音识别单元、TTS语音合成单元和触控显示屏；其中，传感器单元、语音识别单元、TTS语音合成单元、和触控显示屏均连接防雷箱主控；触控显示屏用于显示防雷箱工作状态信息以及传感器单元采集到的数据；语音识别单元用于接收并识别语音指令；TTS语音合成单元用于解析文字信息以发出语音播报；防雷箱主控用于接收并分析各个单元的输入信息以控制执行单元动作。
在该技术方案中，防雷箱主控为高性能工业级控制器(单片机)用来控制执行单元动作，接收输入单元的信息并进行分析判断；传感器用于监测防雷箱的周边环境信息，语音识别单元和TTS语音合成单元赋予防雷箱语音互动能力，触控显示屏则实时显示防雷箱的工作状态(箱内各个元件的工作状态)，集中监控防雷箱的工作状态，提升维护检修人员作业效率，实时掌控多种参数，便于及时发现安全隐患，检修人员不必手动检测每个元件就能迅速获知故障点。
根据本发明提供的语音交互防雷箱，优选地，还包括：电源系统，电源系统由总电源开关执行机构、总电源开关控制机构、电力数据采集接入端、开关电源模组、DC-DC降压模组和LDO降压模组构成，总电源开关执行机构的输入端连接三相四线交流电，总电源开关控制机构连接总电源开关执行机构，电力数据采集接入端与总电源开关执行机构信号连接，总电源开关执行机构的输出端连接开关电源模组，DC-DC降压模组连接开关电源模组，LDO降压模组连接DC-DC降压模组。
在该技术方案中，电力输入来自380V工业用电或220V市电，连入到总电源开关执行机构，总电源开关执行机构由总电源开关控制机构给信号来开启或关闭，电源开启后电源就介入到电力数据采集接入端，同时输入给开关电源模组，开关电源输入12V(供电1输出)，DC-DC降压模组将开关电源的12V输出变换为5V输出(供电2输出)，LDO降压模组又将5V电线性稳压到3.3V(供电2输出)。3路不同的供电输出分别给不同的用电单元供电。
根据本发明提供的语音交互防雷箱，优选地，传感器单元具体包括：温度探头和/或湿度探头。
根据本发明提供的语音交互防雷箱，优选地，语音识别单元具体包括：麦克风阵列组、音频放大驱动单元、模数转换器和语音输入协处理器。
在该技术方案中，麦克风阵列组由至少两个驻极体话筒组成，分别经过音频放大单元后由模数转换器转换成数字信号输入到语音输入协处理器，语音输入协处理器经过分析算法产生特定的指令协议传输给防雷箱主控。
根据本发明提供的语音交互防雷箱，优选地，防雷箱工作状态信息具体包括：开机欢迎信息、设备状态信息、电力数据信息、漏电流信息、温湿度信息、箱体名称及编号以及联网状态信息。
根据本发明提供的语音交互防雷箱，优选地，还包括：音视觉提示单元，连接至防雷箱主控，音视觉提示单元具体包括指示灯和蜂鸣器。
在该技术方案中，指示灯用来显示简单清晰的提示信息，蜂鸣器用来发出提示音。指示灯开关实现方式包括：防雷箱主控给出开关信号到MOS开关阵列，MOS开关阵列开启或关闭相对应的通道来开关相对应的指示灯。蜂鸣器发音方式包括：防雷器主控给出不同频率的方波信号到频率驱动器，频率驱动器将方波信号放大功率驱动蜂鸣器。使防雷箱具备了预警能力，便于及时发现异常工况。
根据本发明提供的语音交互防雷箱，优选地，还包括：智能防雷器模块，连接至防雷箱主控。
在该技术方案中，智能防雷器模块接入防雷箱主控之后，防雷器的有效性能够得到实时监控，减少安全隐患。
根据本发明提供的语音交互防雷箱，优选地，还包括：按钮单元，连接至防雷箱主控，按钮单元具体包括机械按钮和缓冲器，缓冲器用于滤波并放大按钮信号。
根据本发明提供的语音交互防雷箱，优选地，至少三个温度探头和三个湿度探头组成温湿度传感器组，温湿度传感器组将感应到的电信号输入至温湿度协处理器，由温湿度协处理器进行加权分析后将结果发送给防雷箱主控。
在该技术方案中，温度探头和湿度探头可选择安装在防雷箱的关键位置，起到实时监测作用，有助于维护人员及时发现工作环境的异常，防止温湿度超标给电路元件造成的威胁。
本发明取得的有益效果至少包括：将语音交互系统与传统的防雷箱相结合，赋予防雷箱更强的实时交互能力，降低操作员的工作量，实时防护能力强，能够有效提升用电安全；本发明集成度高，将原本孤立堆积在防雷箱中的各个元件统一监控起来并通过显示屏和语音交互系统提升防雷箱的易操作性，便于操作员高效排查故障点，进而提升用电安全。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例的语音交互防雷箱的交互示意图。
图2示出了根据本发明实施例的语音交互防雷箱的电源系统示意框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
本发明涉及的语音识别单元基于语音识别技术，语音识别技术的方式可以分为三类：波形编辑合成，参数分析合成以及规则合成等三种：
波形编辑合成，这种合成方式以语句、短语、词或者音节为合成单元，这些单元被分别路易后直接进行数字编码，经适当的数据压缩，组成一个合成语音库，重放时，根据待输出的信息，在语料库中取出相应单元的波形数据，串接或编辑在一起，经解码还原出语音。这种合成方式，也叫录音编辑合成，合成单元越大合成的自然度越好，系统结构简单，价格低廉，但合成语音的数码率较大，存储量也大，因而合成词汇量有限。
参数分析合成，这种合成方式以多音节、半音节或音素为合成单元。首先，按照语音理论，对所有合成单元的语音机型分析，提取有关语音参数，这些参数经编码后组成一个合成语音库；输出时，根据待合成的语音信息，从语音库中取出相应的合成参数，经编译和连接，顺序送入语音合成器。在合成器中，通过合成参数的控制，将语音波形重新还原出来。
规则合成，这种合成方式通过语音学规则来产生目标语音。规则合成系统存储的是较小的语音单位(如音素、双音素、半音节或音节)的声学参数，以及由音素组成的音节、再由音节组成词或句子的各种规则。当输入字母符号时，合成系统利用规则自动地将它们转换成连续的语音波形。由于语音中存在协同发音效应，单独存在的元音和辅音与连续发音中的元音和辅音不同，所以，合成规则是在分析每一语音单元出现在不同环境中的协同发音效应后，归纳其规律而制定的如共振峰频率规则、时长规则、声调和语调规则等。由于语句中的轻重音，还要归纳出语音检索规则。
本发明涉及的TTS语音合成单元基于TTS技术，TTS是Test ToSpeech的缩写，即“从文本到语音”，是人机对话的一部分，让机器能够说话。
它是同时运用语言学和心理学的杰出之作，在内置芯片的支持之下，通过神经网络的实际，把文字智能地转化为自然语音流。TTS技术对文本文件进行实时转换，转换时间之短可以秒计算。在其特有智能语音控制器作用下，文本输出的语音音律流畅，使得听者在听取信息时感觉自然，毫无机器语音输出的冷漠与生涩感。TTS语音合成技术，即将覆盖国标一、二级汉字，具有英文接口，自动识别中、英文，支持中英文混读。所有声音采用真人普通话为标准发音，实现了每分钟120-150个汉字的快速语音合成，朗读速度达每秒3-4个汉字，使用户可以听到清晰悦耳的音质和连贯流畅的语调。
TTS是语音合成应用的一种，它将存储于电脑中的文件，如帮助文件或者网页，转换成自然语音输出。TTS不仅能帮助有视觉障碍的人阅读计算机上的信息，更能增加文本文档的可读性。现在的TTS应用包括语音驱动的邮件以及声音敏感系统，并常与声音识别程序一起使用。
TTS内核的三个部分：
文本分析：对输入文本进行语音学分析，逐句进行词汇的、语法的和语义的分析，以确定句子的底层结构和每个字的音素的组成，包括文本的短句、字词切分、多音字的处理、数字的处理、缩略语的处理等。
语音合成：把处理好的文本所对应的单字或短语从语音合成库中提取，把语音学描述转化成言语波形。
韵律合成：是指语音合成系统所输出的语音的质量，一般从清晰度(或可懂度)、自然度和连贯性等方面进行主观评价。清晰度是正确听辨有意义词语的百分率；自然度用来评价合成语音音质是否接近人说话的声音，合成词语的语调是否自然；连贯性用来评价合成语句是否流畅。
基于上述技术原理，本发明公开的语音交互防雷箱包括：防雷箱本体以及集成在防雷箱本体中的防雷箱主控、传感器单元、语音识别单元、TTS语音合成单元和触控显示屏；其中，传感器单元、语音识别单元、TTS语音合成单元、和触控显示屏均连接防雷箱主控；触控显示屏用于显示防雷箱工作状态信息以及传感器单元采集到的数据；语音识别单元用于接收并识别语音指令；TTS语音合成单元用于解析文字信息以发出语音播报；防雷箱主控用于接收并分析各个单元的输入信息以控制执行单元动作。
根据上述实施例，优选地，还包括：电源系统，电源系统由总电源开关执行机构、总电源开关控制机构、电力数据采集接入端、开关电源模组、DC-DC降压模组和LDO降压模组构成，总电源开关执行机构的输入端连接三相四线交流电，总电源开关控制机构连接总电源开关执行机构，电力数据采集接入端与总电源开关执行机构信号连接，总电源开关执行机构的输出端连接开关电源模组，DC-DC降压模组连接开关电源模组，LDO降压模组连接DC-DC降压模组。
根据上述实施例，优选地，传感器单元具体包括：温度探头和/或湿度探头。至少三个温度探头和三个湿度探头组成温湿度传感器组，温湿度传感器组将感应到的电信号输入至温湿度协处理器，由温湿度协处理器进行加权分析后将结果发送给防雷箱主控。
根据上述实施例，优选地，语音识别单元具体包括：麦克风阵列组、音频放大驱动单元、模数转换器和语音输入协处理器。
根据上述实施例，优选地，防雷箱工作状态信息具体包括：开机欢迎信息、设备状态信息、电力数据信息、漏电流信息、温湿度信息、箱体名称及编号以及联网状态信息。
根据上述实施例，优选地，还包括：音视觉提示单元，连接至防雷箱主控，音视觉提示单元具体包括指示灯和蜂鸣器。
根据上述实施例，优选地，还包括：智能防雷器模块，连接至防雷箱主控。
根据上述实施例，优选地，还包括：按钮单元，连接至防雷箱主控，按钮单元具体包括机械按钮和缓冲器，缓冲器用于滤波并放大按钮信号。
如图1所示，防雷箱主控：高性能工业级控制器，用来控制执行单元动作，接收输入单元的信息，分析判断。按钮单元：由机械按钮和缓冲器组成，缓冲器用来滤波放大按钮的信号，因为按钮信号在传输线上会有损耗，并匹配电平。传感器单元：温敏器件作为温度探头，湿敏器件组成湿度探头，至少3个温度探头和3个湿度探头组成温湿度传感器组。温湿度传感器组将感应到的电信号输入给温湿度协处理器，由温湿度协处理器进行加权分析后将结果发送给防雷箱主控。语音识别单元：该部分由麦克风阵列组，音频放大驱动单元，模数转换器，语音输入协处理器组成。麦克风阵列组由至少两个驻极体话筒组成，分别经过音频放大单元后由模数转换器转换成数字信号输入到语音输入协处理器，语音输入协处理器经过分析算法产生特定的指令协议传输给防雷箱主控。音视觉提示单元：指示灯用来显示简单清晰的提示信息，蜂鸣器用来发出提示音。指示灯开关实现方式：防雷箱主控给出开关信号到MOS开关阵列，MOS开关阵列开启或关闭相对应的通道来开关相对应的指示灯。蜂鸣器发音方式：防雷器主控给出不同频率的方波信号到频率驱动器，频率驱动器将方波信号放大功率驱动蜂鸣器。TTS语音合成单元：当防雷箱需要播报语音信息时候，防雷箱主控将要播报的信息文字以协议帧的方式发送给TTS协处理器，TTS协处理器根据要播报的语音信息从语音语料库中提取所需的音素，经过智能算法合成自然语音的编码文件，再传输给PWM模数转换器转换为自然语音的模拟信号，由语音驱动器带动扬声器纸盆震动，最终发出语音。触控显示屏：显示屏为可触摸输入的。屏幕主要显示显示防雷箱的开机欢迎信息，设备状态信息，电力数据信息，漏电流信息，温湿度信息，箱体名称及编号，联网状态。
如图2所示，本发明公开的电源系统：电力输入来自380V工业用电或220V市电，连入到总电源开关执行机构，总电源开关执行机构由总电源开关控制机构给信号来开启或关闭，电源开启后电源就介入到电力数据采集接入端，同时输入给开关电源模组，开关电源输入12V(供电1输出)，DC-DC降压模组将开关电源的12V输出变换为5V输出(供电2输出)，LDO降压模组又将5V电线性稳压到3.3V(供电2输出)。3路不同的供电输出分别给不同的用电单元供电。
本发明公开的语音交互防雷箱，在传统防雷设备的基础上，将语音交互系统与传统的防雷箱相结合，赋予防雷箱更强的实时交互能力，降低操作员的工作量，实时防护能力强，能够有效提升用电安全；本发明集成度高，将原本孤立堆积在防雷箱中的各个元件统一监控起来并通过显示屏和语音交互系统提升防雷箱的易操作性，便于操作员高效排查故障点，进而提升用电安全。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种语音交互防雷箱，其特征在于，包括：防雷箱本体以及集成在所述防雷箱本体中的防雷箱主控、传感器单元、语音识别单元、TTS语音合成单元和触控显示屏；其中，
所述传感器单元、所述语音识别单元、所述TTS语音合成单元、和所述触控显示屏均连接所述防雷箱主控；
所述触控显示屏用于显示防雷箱工作状态信息以及所述传感器单元采集到的数据；
所述语音识别单元用于接收并识别语音指令；
所述TTS语音合成单元用于解析文字信息以发出语音播报；
所述防雷箱主控用于接收并分析各个单元的输入信息以控制执行单元动作。
2.根据权利要求1所述的语音交互防雷箱，其特征在于，还包括：电源系统，所述电源系统由总电源开关执行机构、总电源开关控制机构、电力数据采集接入端、开关电源模组、DC-DC降压模组和LDO降压模组构成，所述总电源开关执行机构的输入端连接三相四线交流电，所述总电源开关控制机构连接所述总电源开关执行机构，所述电力数据采集接入端与所述总电源开关执行机构信号连接，所述总电源开关执行机构的输出端连接所述开关电源模组，所述DC-DC降压模组连接所述开关电源模组，所述LDO降压模组连接所述DC-DC降压模组。
3.根据权利要求1所述的语音交互防雷箱，其特征在于，所述传感器单元具体包括：温度探头和/或湿度探头。
4.根据权利要求1所述的语音交互防雷箱，其特征在于，所述语音识别单元具体包括：麦克风阵列组、音频放大驱动单元、模数转换器和语音输入协处理器。
5.根据权利要求1所述的语音交互防雷箱，其特征在于，所述防雷箱工作状态信息具体包括：开机欢迎信息、设备状态信息、电力数据信息、漏电流信息、温湿度信息、箱体名称及编号以及联网状态信息。
6.根据权利要求1或2所述的语音交互防雷箱，其特征在于，还包括：音视觉提示单元，连接至所述防雷箱主控，所述音视觉提示单元具体包括指示灯和蜂鸣器。
7.根据权利要求1或2所述的语音交互防雷箱，其特征在于，还包括：智能防雷器模块，连接至所述防雷箱主控。
8.根据权利要求1或2所述的语音交互防雷箱，其特征在于，还包括：按钮单元，连接至所述防雷箱主控，所述按钮单元具体包括机械按钮和缓冲器，所述缓冲器用于滤波并放大按钮信号。
9.根据权利要求3所述的语音交互防雷箱，其特征在于，至少三个温度探头和三个湿度探头组成温湿度传感器组，所述温湿度传感器组将感应到的电信号输入至温湿度协处理器，由所述温湿度协处理器进行加权分析后将结果发送给所述防雷箱主控。
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2018
- 2018-12-21 CN CN201811570608.2A patent/CN109449909A/zh active Pending
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