CN111028836B - 一种智能声控电子仪表台的控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能声控电子仪表台的控制系统及其控制方法，树莓派连接6麦克风Mic圆形阵列和音箱，麦克风Mic进行录音，音箱进行声音反馈，树莓派将接收的语音信号以字符发送到STM32ARM微控制器的串口上，STM32ARM微控制器接收到不同字符自动执行切换功能的指令，R/V表笔头测到的数据经过放大/衰减电路处理通过模数转换器ADC传送给STM32ARM微控制器，STM32ARM微控制器把数据显示到TFT液晶屏幕，键盘模块通过模数转换器ADC与单片机连接，示波器探头把测到的波形信号经过运放电路处理通过模数转换器ADC传送给STM32ARM微控制器，STM32ARM微控制器把波形和测量数据显示到TFT液晶屏幕上。本发明能够实现语音与设备交互，能够实现离机测量和远距离操作，从而面对更广泛的测量场景。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子仪表台，特别是涉及一种智能声控电子仪表台的控制系统及其控制方法，属于电子仪表台技术领域。
背景技术
传统中的万用表、示波器、信号发生器这三大件是电工实验必不可少的实验仪器设备，对电类工作者起着非常重要的作用，目前市面上的这三件产品种类繁多、功能单一，示波器和信号发生器的体积普遍较大，以台式设备为主，交互凡事也以按键操作和屏幕显示，使用场景受到了限制。
对于常见仪器仪表的调节，通常是通过按键、旋钮来操作仪器的菜单进行选择，仪器仪表通过显示器来反馈，交互模式比较单一，操作者通常不能离开设备，无法做到离台测量，为优化上述问题现提出一种智能声控电子仪表台的控制系统及其控制方法。
发明内容
本发明的主要目的是为了提供一种智能声控电子仪表台的控制系统及其控制方法，能实现离机以及远程自动检测。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种智能声控电子仪表台的控制系统，包括STM32ARM微控制器、TFT液晶屏幕、模数转换器ADC、放大/衰减电路、键盘模块、运放电路、示波器探头、R/V表笔头、树莓派、74HC4051多路分配器、音箱和麦克风mic，所述STM32ARM微控制器，用于接收处理信息并通过程序控制的相应的引脚输出发送控制指令；所述TFT液晶屏幕，用于STM32ARM微控制器接收到数据并经过处理后通过程序控制的相应的引脚输出到TFT液晶屏幕显示所采集到的数据；所述示波器探头用于对测到的数据经过运放电路进行处理，R/V表笔头，用于R/V表笔头测到的数据经过放大/衰减电路处理，将处理后的数据通过ADC传送给STM32ARM微控制器；所述运放电路，用于对示波器探头发送的电信号进行放大并稳定电信号；所述放大/衰减电路，用于对R/V表笔头的电信号进行放大或衰减；所述树莓派连接麦克风Mic圆形阵列和音箱，麦克风Mic进行录音，音箱进行声音反馈，通过Snowboy的唤醒词检测引擎，把树莓派唤醒进行录音，录音完成后，将树莓派录取的录音发送到百度语音识别的HTTP接口上进行识别并转换成文本模式，树莓派发送字符到STM32ARM微控制器的串口上，STM32ARM微控制器接收到不同字符自动执行切换功能的指令，R/V表笔头测到的数据经过放大/衰减电路处理通过模数转换器ADC传送给STM32ARM微控制器，STM32ARM微控制器把经过放大/衰减电路处理并通过模数转换器ADC传送的的数据显示到TFT液晶屏幕，键盘模块通过模数转换器ADC与单片机连接，示波器探头把测到的波形信号经过运放电路处理通过模数转换器ADC传送给STM32ARM微控制器，STM32ARM微控制器把经过运放电路处理并通过模数转换器ADC传送的数据显示到TFT液晶屏幕上。
优选的，STM32ARM微控制器采用以ARMCortex-M3为内核系统的STM32 ARM微控制器F103ZET6系列控制芯片，该内核系统时钟频率高达72MHz，具有单周期硬件乘法和除法，内置高速存储器，具有增强I/O端口和联接到两条APB总线到外设，STM32ARM微控制器F103ZET6单片机还具有64KB、SRAM、512KBFLASH、2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个DMA控制机、3个SPI、1个IIC、5个串口、1个USB、1个CAN、3个12位ADC、1个12位DAC、1个SDIO接口、1个FSMC接口以及112个通用IO口。
优选的，TFT液晶屏幕作为人机交互界面，移入嵌入式图形界面UCGUI，TFT液晶屏幕分辨率是240×320，所述键盘采用独立式按键。
优选的，树莓派采用ARM的微型电脑主板，以SD/MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有1/2/4个USB接口和一个10/100以太网接口，可连接键盘、鼠标和网线，具有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口。
优选的，麦克风mic采用6Mic圆形阵列模块，基于Raspberry Pi的SPI接口6Mic圆形阵列套件可用于AI和语音应用的Raspberry Pi的四通道麦克风扩展板，其中，前六个麦克风输入通道录音，其他2个输入通道是回采通道，输出通道中前2播放输出通道，其余6输出通道为虚拟输出通道。
优选的，模数转换器ADC采用ADS830E是一个高速CMOSA/D转换器，它采用流水线转换器架构，内部6个阶段组成。每个阶段数据都反馈到误差校正逻辑电路模块，以降低化误差。输出数据在时钟的上升沿有效。ADS830E组成的电路可用于制作数字示波器。
一种智能声控电子仪表台的控制方法，包括如下步骤：
单片机控制步骤：STM32ARM微控制器初始化并通过按下程序控制的相应的按键或者识别语音控制指令进行相应反馈操作就可以控制单片机模式的选择和接收输入的数据；
数据采集步骤：R/V表笔头测到的数据经过放大/衰减电路处理，将处理后的数据通过ADC传送给STM32ARM微控制器；示波器探头对测到的数据进行放大并稳定处理，将处理后的数据通过ADC传送给STM32ARM微控制器；
数据显示步骤：STM32ARM微控制器接收到数据并经过处理后通过程序控制的相应的引脚输出到TFT液晶屏幕显示所采集到的数据；
树莓派控制步骤：通过Snowboy的唤醒词检测引擎，把树莓派唤醒进行录音，录音完成后，将该段录音发送到百度语音识别的HTTP接口上进行识别并转换成文本模式，树莓派发送字符到STM32ARM微控制器的串口上，STM32ARM微控制器会根据接收到的不同字符自动执行切换功能的指令，用语音指令来控制STM32 ARM微控制器。
优选的，其中STM32ARM微控制器初始化并通过用语音指令来控制包括如下步骤：
步骤1：电源供电STM32ARM微控制器和树莓派进行初始化；
步骤2：树莓派唤醒并进行录音；
步骤3：语音识别成功并进行录音合成；
步骤4：串口发送数据；
步骤5：进行语音反馈触发；
步骤6：进入串口中断；
步骤7：切换到语言控制界面。
优选的，STM32ARM微控制器初始化并通过按下程序控制的相应的按键进行控制包括如下步骤
步骤11：电源供电STM32ARM微控制器初始化；
步骤12：按键按下:并使按键触发；
步骤13：进入外部中断；
步骤14：切换到按键控制的界面。
优选的，其中步骤3中语音识别未成功则再次进入录音模式中，其中在步骤5中，语音反馈未触发则再次进入录音模式。
本发明的有益技术效果：
本发明提供的一种智能声控电子仪表台的控制系统及其控制方法，本系统可以通过特定语音指令唤醒并录音，完成后发送至百度语音云端处理，处理完成后发送回树莓派，树莓派接收反馈数据后执行特定指令，发送指令到单片机，从而实现语音指令控制仪表，本系统可以通过把电压表，电流表，欧姆表，示波器，信号发生器集成到这个智能仪表台上，实现功能集成化，由74HC4051多路分配器模块接收输入信号后输出不同的信号确定五种工作模式的选择，因而能够实现语音与设备交互，能够实现离机测量和远距离操作，从而面对更广泛的测量场景。
附图说明
图1为按照本发明的一种智能声控电子仪表台的控制系统的一优选实施例的系统图；
图2为按照本发明的一种智能声控电子仪表台的控制方法的一优选实施例的流程图；
图3为按照本发明的一种智能声控电子仪表台的控制方法的一优选实施例的流程图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
如图1所示，本实施例提供的一种智能声控电子仪表台的控制系统，包括STM32ARM微控制器、TFT液晶屏幕、模数转换器ADC、放大/衰减电路、键盘模块、运放电路、示波器探头、R/V表笔头、树莓派、74HC4051多路分配器、音箱和麦克风mic，所述STM32ARM微控制器，用于接收处理信息并通过程序控制的相应的引脚输出发送控制指令；
所述TFT液晶屏幕，用于STM32ARM微控制器接收到数据并经过处理后通过程序控制的相应的引脚输出到TFT液晶屏幕显示所采集到的数据；
所述示波器探头用于对测到的数据经过运放电路进行处理，R/V表笔头，用于R/V表笔头测到的数据经过放大/衰减电路处理，将处理后的数据通过ADC传送给STM32ARM微控制器；
所述运放电路，用于对示波器探头发送的电信号进行放大并稳定电信号；
所述放大/衰减电路，用于对R/V表笔头的电信号进行放大或衰减；
所述树莓派连接麦克风Mic圆形阵列和音箱，麦克风Mic进行录音，音箱进行声音反馈，通过Snowboy的唤醒词检测引擎，把树莓派唤醒进行录音，录音完成后，将树莓派录取的录音发送到百度语音识别的HTTP接口上进行识别并转换成文本模式，树莓派发送字符到STM32ARM微控制器的串口上，STM32ARM微控制器接收到不同字符自动执行切换功能的指令，R/V表笔头测到的数据经过放大/衰减电路处理通过模数转换器ADC传送给STM32ARM微控制器，STM32ARM微控制器把经过放大/衰减电路处理的数据显示到TFT液晶屏幕，键盘模块通过模数转换器ADC与单片机连接，示波器探头把测到的波形信号经过运放电路处理通过模数转换器ADC传送给STM32ARM微控制器，STM32ARM微控制器把波形和测量数据显示到TFT液晶屏幕上。
在本实施例中，STM32ARM微控制器采用以ARMCortex-M3为内核系统的STM32 ARM微控制器F103ZET6单片机，该内核系统时钟频率高达72MHz，具有单周期硬件乘法和除法，内置高速存储器，具有增强I/O端口和联接到两条APB总线到外设，STM32ARM微控制器F103ZET6单片机还具有64KB、SRAM、512KBFLASH、2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个DMA控制机、3个SPI、1个IIC、5个串口、1个USB、1个CAN、3个12位ADC、1个12位DAC、1个SDIO接口、1个FSMC接口以及112个通用IO口。
在本实施例中，TFT液晶屏幕作为人机交互界面，移入嵌入式图形界面UCGUI，TFT液晶屏幕分辨率是240×320，所述键盘采用独立式按键。
在本实施例中，树莓派采用ARM的微型电脑主板，以SD/MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有1/2/4个USB接口和一个10/100以太网接口，可连接键盘、鼠标和网线，具有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口。
在本实施例中，麦克风mic采用6Mic圆形阵列模块，基于Raspberry Pi的SPI接口6Mic圆形阵列套件可用于AI和语音应用的Raspberry Pi的四通道麦克风扩展板，其中，前六个麦克风输入通道录音，其他2个输入通道是回采通道，输出通道中前2播放输出通道，其余6输出通道为虚拟输出通道。
在本实施例中，模数转换器ADC采用ADS830E是一个高速CMOSA/D转换器，它采用流水线转换器架构，内部6个阶段组成。每个阶段数据都反馈到误差校正逻辑电路模块，以降低化误差。输出数据在时钟的上升沿有效。数据流水线结构的导致延时的4时钟周期。ADS830E组成的电路可用于制作数字示波器。
实施例二
一种智能声控电子仪表台的控制方法，包括如下步骤：
单片机控制步骤：STM32ARM微控制器初始化并通过按下程序控制的相应的按键或者识别语音控制指令进行相应反馈操作就可以控制单片机模式的选择和接收输入的数据；
数据采集步骤：R/V表笔头测到的数据经过放大/衰减电路处理，将处理后的数据通过ADC传送给STM32ARM微控制器；示波器探头对测到的数据进行放大并稳定处理，将处理后的数据通过ADC传送给STM32ARM微控制器；
数据显示步骤：STM32ARM微控制器接收到数据并经过处理后通过程序控制的相应的引脚输出到TFT液晶屏幕显示所采集到的数据；
树莓派控制步骤：通过Snowboy的唤醒词检测引擎，把树莓派唤醒进行录音，录音完成后，将该段录音发送到百度语音识别的HTTP接口上进行识别并转换成文本模式，树莓派发送字符到STM32ARM微控制器的串口上，STM32ARM微控制器会根据接收到的不同字符自动执行切换功能的指令，用语音指令来控制STM32ARM微控制器。
如图2所示，其中STM32ARM微控制器初始化并通过语音控制方法包括如下步骤：
步骤1：电源供电STM32ARM微控制器和树莓派进行初始化；
步骤2：树莓派唤醒并进行录音；
步骤3：语音识别成功并进行录音合成；
步骤4：串口发送数据；
步骤5：进行语音反馈触发；
步骤6：进入串口中断；
步骤7：切换到语言控制界面。
实施例四
如图3所示，其中STM32ARM微控制器初始化并通过按键控制方法包括如下步骤：
步骤11：电源供电STM32ARM微控制器初始化；
步骤12：按键按下:并使按键触发；
步骤13：进入外部中断；
步骤14：切换到按键控制的界面。
在本实施例中，其中步骤3中语音识别未成功则再次进入录音模式中，其中在步骤5中，语音反馈未触发则再次进入录音模式。
综上所述，本系统可以通过特定语音指令唤醒并录音，完成后发送至百度语音云端处理，处理完成后发送回树莓派，树莓派接收反馈数据后执行特定指令，发送指令到单片机，从而实现语音指令控制仪表，本系统可以通过把电压表，电流表，欧姆表，示波器，信号发生器集成到这个智能仪表台上，实现功能集成化，由74HC4051多路分配器模块接收输入信号后输出不同的信号确定五种工作模式的选择。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种智能声控电子仪表台的控制系统，其特征在于：包括STM32ARM微控制器、TFT液晶屏幕、模数转换器ADC、放大/衰减电路、键盘模块、运放电路、示波器探头、R/V表笔头、树莓派、74HC4051多路分配器、音箱和麦克风mic，所述STM32ARM微控制器，用于接收处理信息并通过程序控制的相应的引脚输出发送控制指令；
所述TFT液晶屏幕，用于STM32ARM微控制器接收到数据并经过处理后通过程序控制的相应的引脚输出到TFT液晶屏幕显示所采集到的数据；
所述示波器探头，用于对测到的数据经过运放电路进行处理，将处理后的数据通过ADC传送给STM32ARM微控制器；R/V表笔头，用于R/V表笔头测到的数据经过放大/衰减电路处理，将处理后的数据通过ADC传送给STM32ARM微控制器；
所述运放电路，用于对示波器探头发送的电信号进行放大并稳定电信号；
所述放大/衰减电路，用于对R/V表笔头的电信号进行放大或衰减；
所述树莓派连接麦克风Mic圆形阵列和音箱，麦克风Mic进行录音，音箱进行声音反馈，通过Snowboy的唤醒词检测引擎，把树莓派唤醒进行录音，录音完成后，将树莓派录取的录音发送到百度语音识别的HTTP接口上进行识别并转换成文本模式，树莓派发送字符到STM32ARM微控制器的串口上，STM32ARM微控制器接收到不同字符自动执行切换功能的指令，R/V表笔头测到的数据经过放大/衰减电路处理通过模数转换器ADC传送给STM32ARM微控制器，STM32ARM微控制器把经过放大/衰减电路处理并通过模数转换器ADC传送的数据显示到TFT液晶屏幕，键盘模块通过模数转换器ADC与单片机连接，示波器探头把测到的波形信号经过运放电路处理通过模数转换器ADC传送给STM32ARM微控制器，STM32ARM微控制器把经过运放电路处理并通过模数转换器ADC传送的数据显示到TFT液晶屏幕上。
2.根据权利要求1所述的一种智能声控电子仪表台的控制系统，其特征在于：STM32ARM微控制器采用以ARMCortex-M3为内核系统的STM32 ARM微控制器F103ZET6单片机，该内核系统时钟频率高达72MHz，具有单周期硬件乘法和除法，内置高速存储器，具有增强I/O端口和联接到两条APB总线到外设，STM32ARM微控制器F103ZET6单片机还具有64KB、SRAM、512KBFLASH、2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个DMA控制机、3个SPI、1个IIC、5个串口、1个USB、1个CAN、3个12位ADC、1个12位DAC、1个SDIO接口、1个FSMC接口以及112个通用IO口。
3.根据权利要求1所述的一种智能声控电子仪表台的控制系统，其特征在于：TFT液晶屏幕作为人机交互界面，移入嵌入式图形界面UCGUI，TFT液晶屏幕分辨率是240×320，所述键盘采用独立式按键。
4.根据权利要求1所述的一种智能声控电子仪表台的控制系统，其特征在于：树莓派采用ARM的微型电脑主板，以SD/MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有1/2/4个USB接口和一个10/100以太网接口，可连接键盘、鼠标和网线，具有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口。
5.根据权利要求1所述的一种智能声控电子仪表台的控制系统，其特征在于：麦克风mic采用6Mic圆形阵列模块，基于Raspberry Pi的SPI接口6Mic圆形阵列套件可用于AI和语音应用的Raspberry Pi的四通道麦克风扩展板，其中，前六个麦克风输入通道录音，其他2个输入通道是回采通道，输出通道中前2播放输出通道，其余6输出通道为虚拟输出通道。
6.根据权利要求1所述的一种智能声控电子仪表台的控制系统，其特征在于：模数转换器ADC采用ADS830E是一个高速CMOSA/D转换器，它采用流水线转换器架构，内部6个阶段组成；每个阶段数据都反馈到误差校正逻辑电路模块，以降低化误差；输出数据在时钟的上升沿有效；ADS830E组成的电路可用于制作数字示波器。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种智能声控电子仪表台的控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
单片机控制步骤：STM32ARM微控制器初始化并通过按下程序控制的相应的按键或者识别语音控制指令进行相应反馈操作就可以控制单片机模式的选择和接收输入的数据；
数据采集步骤：R/V表笔头测到的数据经过放大/衰减电路处理，将处理后的数据通过ADC传送给STM32ARM微控制器；示波器探头对测到的数据进行放大并稳定处理，将处理后的数据通过ADC传送给STM32ARM微控制器；
数据显示步骤：STM32ARM微控制器接收到数据并经过处理后通过程序控制的相应的引脚输出到TFT液晶屏幕显示所采集到的数据；
树莓派控制步骤：通过Snowboy的唤醒词检测引擎，把树莓派唤醒进行录音，录音完成后，将录音发送到百度语音识别的HTTP接口上进行识别并转换成文本模式，树莓派发送字符到STM32ARM微控制器的串口上，STM32ARM微控制器会根据接收到的不同字符自动执行切换功能的指令，用语音指令来控制STM32 ARM微控制器。
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