CN111140531B - 风扇及其语音控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风扇及其语音控制方法。该风扇包括设在风扇周围的至少三个分贝检测模块、控制器、及驱动风扇摇头的步进电机，其中，至少三个分贝检测模块均匀分布在风扇周围，控制器与至少三个分贝检测模块和步进电机连接。该方法包括：控制器读取至少三个分贝检测模块检测到的音量数据和所存储的机头方位；根据至少三个分贝检测模块检测到的音量数据，确定声源方位；计算声源方位与机头方位之差；根据声源方位与机头方位之差，控制步进电机驱动摇头角度转动到风扇机头正向与声源方位一致时停止，并存储当前的机头方位供后续调用。这种风扇及其语音控制方法，通过定位声源位置，控制风扇摇头对准语音指令发布的用户，提高用户人机交互体验。

Description

风扇及其语音控制方法
技术领域
本发明涉及风扇和语音控制技术，尤其涉及一种风扇及其语音控制方法。
背景技术
目前市场上有一些风扇已经配备了语音控制功能，可以远距离直接利用语音控制风扇完成相应工作，为用户的使用提供了极大的便利，同时也减少了物理按键损坏的风险。语音风扇的出现主要是提供便利以及提高与风扇的人机交互体验，不过，现在的语音风扇并未在风扇开机阶段增加识别唤醒词声源位置功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种风扇及其语音控制方法，当风扇接收相应控制指令时，会同时摇头对准发布命令的用户，提高用户体验。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一方面，本发明提出一种风扇。所述风扇包括设置在风扇周围的至少三个分贝检测模块、控制器、以及驱动风扇摇头的步进电机，其中，所述至少三个分贝检测模块均匀分布在风扇周围，所述至少三个分贝检测模块与所述控制器连接，所述控制器与所述步进电机连接。
可选地，所述风扇还包括连接在分贝检测模块的输出端的信号放大电路。
可选地，对于所述风扇，所述至少三个分贝检测模块为三个分贝检测模块，以风扇的水平面中心为中心的相邻两个分贝检测模块之间的夹角角度120°。
可选地，所述风扇还包括与所述控制器连接的语音模块，用于接收声音信息并且识别声音是否为唤醒词。
另一方面，本发明提出一种上述风扇的语音控制方法。所述方法包括：控制器读取至少三个分贝检测模块检测到的音量数据和所存储的机头方位；根据所述至少三个分贝检测模块检测到的音量数据，确定声源方位；计算声源方位与机头方位之差，其中，机头方位为风扇机头正向的方位角，声源方位为声源处的方位角；根据声源方位与机头方位之差，控制步进电机驱动摇头角度转动到风扇机头正向与声源方位一致时停止，并存储转动完成后的机头方位供后续调用。
可选地，对于所述风扇的语音控制方法，当风扇首次开启没有存储的机头方位数据供调用时，风扇开启之后步进电机驱动摇头角度逆时针旋转360°，以使风扇机头正向的方位角α1处于0°位置；当风扇由工作状态变为关机状态时，根据步进电机的转动计算得出风扇机头正向的方位角，并存储此时风扇机头正向的方位角α1供后续调用。
可选地，对于所述风扇的语音控制方法，假设步进电机每走一步摇头转动的角度为β，则风扇机头正向的方位角α1＝0°+N*β，其中，N为步进电机走的步数。
可选地，对于所述风扇的语音控制方法，从0°开始顺时针最大转动角度为360°，当顺时针转动到360°之后，风扇摇头逆时针转动，风扇机头正向的方位角α1＝360°-N*β，其中，N为步进电机走的步数，β为步进电机每走一步摇头转动的角度，而且从360°开始逆时针最大转动角度为360°。
可选地，对于所述风扇的语音控制方法，当所述风扇包括与所述控制器连接的语音模块时，则所述语音控制方法在控制器读取至少三个分贝检测模块检测到的音量数据和所存储的机头方位之前，还包括：所述语音模块接收声音信息并且识别声音是否为唤醒词；当所述语音模块接收到唤醒词时，与控制器进行通讯，发送指令至控制器以指示控制器读取所述至少三个分贝检测模块检测到的音量数据。
可选地，对于所述风扇的语音控制方法，所述至少三个分贝检测模块为三个分贝检测模块，当其中第一和第二分贝检测模块检测到的分贝值一致并且大于第三分贝检测模块检测到的分贝值时，则确定声源方位为第一和第二分贝检测模块之间的中心线且远离第三分贝检测模块的方位角；当其中第一和第二分贝检测模块检测到的分贝值一致并且小于第三分贝检测模块检测到的分贝值时，则确定声源方位为第一和第二分贝检测模块之间的中心线且靠近第三分贝检测模块的方位角；当第一分贝检测模块检测到的分贝值大于第二分贝检测模块检测到的分贝值大于第三分贝检测模块检测到的分贝值，则当第二分贝检测模块与第一分贝检测模块在顺时针方向的夹角为锐角时，
Figure BDA0002353225000000031
Figure BDA0002353225000000032
Figure BDA0002353225000000033
当第二分贝检测模块与第一分贝检测模块在顺时针方向的夹角为钝角时，
Figure BDA0002353225000000034
Figure BDA0002353225000000035
与现有技术相比，本发明技术方案主要的优点如下：
本发明实施例的风扇及其语音控制方法，通过定位声源位置，控制风扇摇头对准语音指令发布的用户，提高用户人机交互体验。进一步地，通过在风扇周围设置至少三个分贝检测模块来定位声源位置，在识别到唤醒词后，控制器控制风扇机头正面正对声源位置。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明一个实施例提供的风扇的结构示意图；
图2为本发明一个示例提供的各个分贝检测模块的布置方位及方位角图；
图3为本发明另一个实施例提供的上述风扇的语音控制方法的流程图；
图4为本发明又一个实施例提供的上述风扇的语音控制方法的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
图1为本发明一个实施例提供的风扇的结构示意图。图2为本发明一个示例提供的各个分贝检测模块的布置方位及方位角图。如图1和图2所示，该实施例提供的风扇包括设置在风扇周围的至少三个分贝检测模块、控制器、以及驱动风扇摇头的步进电机。其中，至少三个分贝检测模块均匀分布在风扇周围，至少三个分贝检测模块与控制器连接，控制器与步进电机连接。
该实施例的风扇还可以包括连接在分贝检测模块的输出端的信号放大电路。作为一种可选实施方式，声源位置检测可以由至少三个分贝检测模块及其信号放大电路组成。
如图1所示，至少三个分贝检测模块可以为三个分贝检测模块，以风扇的水平面中心为中心的相邻两个分贝检测模块之间的夹角角度120°。作为一种可选实施方式，在风扇的底盘设置三个分贝检测模块，三个分贝检测模块均匀分布在底盘周围，相邻两个分贝检测模块之间的方位角相隔角度120°。
该实施例的风扇还可以包括与控制器连接的语音模块，用于接收声音信息并且识别声音是否为唤醒词。
图3为本发明另一个实施例提供的上述风扇的语音控制方法的流程图。
如图3所示，在步骤S310，控制器读取至少三个分贝检测模块检测到的音量数据和所存储的机头方位。
在步骤S320，根据至少三个分贝检测模块检测到的音量数据，确定声源方位。
在步骤S330，计算声源方位与机头方位之差，其中，机头方位为风扇机头正向的方位角，声源方位为声源处的方位角。
在步骤S340，根据声源方位与机头方位之差，控制步进电机驱动摇头角度转动到风扇机头正向与声源方位一致时停止，并存储转动完成后的机头方位供后续调用。
当风扇首次开启没有存储的机头方位数据供调用时，风扇开启之后步进电机驱动摇头角度逆时针旋转360°，以使风扇机头正向的方位角α1处于0°位置。作为一个更具体的例子，设定分贝检测模块b的位置为风扇机头正向，同时该位置为摇头角180°的位置，如图2所示。当风扇首次开启存储器中无数据可调用时，风扇开启之后步进电机驱动摇头逆时针旋转360°，以确保此时风扇机头正向处于0°位置。逆时针旋转360°是为了保证在存储器中无角度数据时能够找到0°这个位置。因为当风扇逆时针旋转时，机头正向从360°方向转到0°方向，风扇包括限位结构使得机头到达0°之后无法再进行逆时针转动。反之，当风扇顺时针旋转时，机头从0°方向转到360°方向，风扇包括限位结构使得机头到达360°之后无法再进行顺时针转动。所以当风扇存储器中无角度数据时，风扇机头正向的方位角不论处于哪个位置，只要逆时针旋转360°都会到0°位置。可以假定当前风扇机头正向的方位角处于180°位置，然后逆时针旋转360°，当旋转180°之后风扇的限位机构卡住步进电机，使得后面的180°步进电机即使在旋转但是风扇机头不会转动只会停在0°位置，直到步进电机转完360°。
当风扇由工作状态变为关机状态时，根据步进电机的转动计算得出风扇机头正向的方位角，并存储此时风扇机头正向的方位角α1供后续调用。由于风扇机头正向的方位角首次工作时到达0°位置，假设步进电机每走一步摇头转动的角度为β，则风扇机头正向的方位角α1＝0°+N*β，其中，N为步进电机走的步数。从0°开始顺时针最大转动角度为360°，当顺时针转动到360°之后，风扇摇头逆时针转动，风扇机头正向的方位角α1＝360°-N*β，其中，N为步进电机走的步数，β为步进电机每走一步摇头转动的角度，而且从360°开始逆时针最大转动角度为360°。风扇关机之前存储器存储此时的风扇机头正向的方位角α1，存储器每次开机调用完数据之后自动清零。
下面，以至少三个分贝检测模块为三个分贝检测模块为例进行进一步说明。
当其中第一和第二分贝检测模块检测到的分贝值一致并且大于第三分贝检测模块检测到的分贝值时，则确定声源方位为第一和第二分贝检测模块之间的中心线且远离第三分贝检测模块的方位角。当其中第一和第二分贝检测模块检测到的分贝值一致并且小于第三分贝检测模块检测到的分贝值时，则确定声源方位为第一和第二分贝检测模块之间的中心线且靠近第三分贝检测模块的方位角。当第一分贝检测模块检测到的分贝值大于第二分贝检测模块检测到的分贝值大于第三分贝检测模块检测到的分贝值，则当第二分贝检测模块与第一分贝检测模块在顺时针方向的夹角为锐角时，
Figure BDA0002353225000000051
Figure BDA0002353225000000061
当第二分贝检测模块与第一分贝检测模块在顺时针方向的夹角为钝角时，
Figure BDA0002353225000000062
Figure BDA0002353225000000063
作为一个更具体的例子，声源位置检测可以由三个分贝检测模块及其信号放大电路组成。三个分贝检测模块a、b、c分别位于风扇旋转角度的60°、180°和300°的位置，假定分贝检测模块a传给存储器的数据为分贝值Ma，分贝检测模块b传给存储器的数据为分贝值Mb，分贝检测模块c传给存储器的数据为分贝值Mc。当有声音发出时，三个分贝检测模块均接收到数据，并通过信号放大电路传递至存储器。可以根据三个分贝检测模块反馈的信号大小计算出声源方位。假定三个分贝值分别为MX、MY、MZ，X、Y和Z分别取a、b和c中的任意一个，且X≠Y≠Z。也就是说，分贝值MX可以是Ma、Mb或者Mc中的任何一个数据，但是当MX为Ma时，MY和MZ只能是Mb和Mc中的一个，即倘若此时MY为Mc，则可以确定MZ为Mb。当X取a时，MX为分贝检测模块a检测到的分贝值Ma。当X取b时，MX为分贝检测模块b检测到的分贝值Mb，当X取c时，MX为分贝检测模块b检测到的分贝值Mc，Y和Z也同样。在此设定MX、MY和MZ只是为了后面计算方便，这三个数据就是三个模块的分贝值，由于后面的计算会有很多种情况，为了简化归类所以设定X、Y、Z。若出现分贝值MX＝MY>MZ时，则结合图2的角度定义有三种可能：①当Z＝a时，声源方位α2＝240°；②当Z＝b时，声源方位α2＝0°；③当Z＝c时，声源方位α2＝120°。若出现分贝值MX＝MY＜MZ时，则结合图2的角度定义有三种可能：①当Z＝a时，声源方位α2＝60°；②当Z＝b时，声源方位α2＝180°；③当Z＝c时，声源方位α2＝300°。若出现分贝值MX＞MY＞MZ时，则结合图2的角度定义有六种可能：①当Z＝a且X＝b时，声源方位α2＝180°+Mc/Mb*120°；②当Z＝a且X＝c时，声源方位α2＝300°-Mb/Mc*120°；③当Z＝b且X＝a时，声源方位α2＝60°-Mc/Ma*120°；④当Z＝b且X＝c时，声源方位α2＝300°+Ma/Mc*120°；⑤当Z＝c且X＝a时，声源方位α2＝60°+Mb/Ma*120°；⑥当Z＝c且X＝b时，声源方位α2＝180°-Ma/Mb*120°。
图4为本发明又一个实施例提供的上述风扇的语音控制方法的流程图。图4所示的实施例与图3所示的实施例的主要区别在于：图4所示的实施例与图3所示的实施例相比，风扇增加了与控制器连接的语音模块。
如图4所示，在步骤S410，语音模块接收声音信息并且识别声音是否为唤醒词。
在步骤S420，当语音模块接收到唤醒词时，与控制器进行通讯，发送指令至控制器以指示控制器读取至少三个分贝检测模块检测到的音量数据。
在步骤S430，控制器读取至少三个分贝检测模块检测到的音量数据和所存储的机头方位。
在步骤S440，根据所述至少三个分贝检测模块检测到的音量数据，确定声源方位。
在步骤S450，计算声源方位与机头方位之差，其中，机头方位为风扇机头正向的方位角，声源方位为声源处的方位角。
在步骤S460，根据声源方位与机头方位之差，控制步进电机驱动摇头角度转动到风扇机头正向与声源方位一致时停止，并存储当前的机头方位供后续调用。
作为一个更具体的例子，当语音模块接收到唤醒词时，与控制器进行通讯，发送指令至控制器读取至少三个分贝检测模块反馈回来的音量数据和存储器存储的机头方位，通过内部计算得出声源方位与机头方位的差值，从而控制风扇摇头电机转动，直至风扇机头正向与声源方位一致时停止。根据上文内容并结合图2可以得到风扇关机时机头的方位角α1和声源发出的方位角度α2，通过公式α’＝α1-α2计算声源方位与机头方位的差值α’。当α’＝0时，则角度一致步进电机不需要转动；当α’>0时，则步进电机带动机头逆时针旋转α’；当α’<0时，则步进电机带动机头顺时针旋转α’。因此，根据对比α1和α2的大小确定差值，然后精确控制步进电机转动的步数，以达到风扇机头正向与声源方位的位置一致。
作为一种可选实施方式，当风扇处于关机模式，语音模块接收声音信息并判断声音是否为唤醒词，同时，至少三个分贝检测模块实时识别各声音的大小并通过放大电路将信号放大之后反馈至控制器。
本发明实施例的风扇及其语音控制方法，通过定位声源位置，控制风扇摇头对准语音指令发布的用户，提高用户人机交互体验。进一步地，通过在风扇周围设置至少三个分贝检测模块来定位声源位置，在识别到唤醒词后，控制器控制风扇机头正面正对声源位置。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的权利要求保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种风扇的语音控制方法，其特征在于，包括：
控制器读取至少三个分贝检测模块检测到的音量数据和所存储的机头方位；
根据所述至少三个分贝检测模块检测到的音量数据，确定声源方位；
计算声源方位与机头方位之差，其中，机头方位为风扇机头正向的方位角，声源方位为声源处的方位角；
根据声源方位与机头方位之差，控制步进电机驱动摇头角度转动到风扇机头正向与声源方位一致时停止，并存储转动完成后的机头方位供后续调用；
其中，所述至少三个分贝检测模块为三个分贝检测模块，
当其中第一和第二分贝检测模块检测到的分贝值一致并且大于第三分贝检测模块检测到的分贝值时，则确定声源方位为第一和第二分贝检测模块之间的中心线且远离第三分贝检测模块的方位角；
当其中第一和第二分贝检测模块检测到的分贝值一致并且小于第三分贝检测模块检测到的分贝值时，则确定声源方位为第一和第二分贝检测模块之间的中心线且靠近第三分贝检测模块的方位角；
当第一分贝检测模块检测到的分贝值大于第二分贝检测模块检测到的分贝值大于第三分贝检测模块检测到的分贝值，则当第二分贝检测模块与第一分贝检测模块在顺时针方向的夹角为锐角时，确定声源方位为
Figure FDA0002661393660000011
Figure FDA0002661393660000012
当第二分贝检测模块与第一分贝检测模块在顺时针方向的夹角为钝角时，确定声源方位为
Figure FDA0002661393660000013
Figure FDA0002661393660000014
2.如权利要求1所述的风扇的语音控制方法，其特征在于，当风扇首次开启没有存储的机头方位数据供调用时，风扇开启之后步进电机驱动摇头角度逆时针旋转360°，以使风扇机头正向的方位角α1处于0°位置；
当风扇由工作状态变为关机状态时，根据步进电机的转动计算得出风扇机头正向的方位角，并存储此时风扇机头正向的方位角α1供后续调用。
3.如权利要求2所述的风扇的语音控制方法，其特征在于，假设步进电机每走一步摇头转动的角度为β，则风扇机头正向的方位角α1＝0°+N*β，其中，N为步进电机走的步数。
4.如权利要求2或3所述的风扇的语音控制方法，其特征在于，从0°开始顺时针最大转动角度为360°，当顺时针转动到360°之后，风扇摇头逆时针转动，风扇机头正向的方位角α1＝360°-N*β，其中，N为步进电机走的步数，β为步进电机每走一步摇头转动的角度，而且从360°开始逆时针最大转动角度为360°。
5.如权利要求1所述的风扇的语音控制方法，其特征在于，当所述风扇包括与所述控制器连接的语音模块时，则所述语音控制方法在控制器读取至少三个分贝检测模块检测到的音量数据和所存储的机头方位之前，还包括：
所述语音模块接收声音信息并且识别声音是否为唤醒词；
当所述语音模块接收到唤醒词时，与控制器进行通讯，发送指令至控制器以指示控制器读取所述至少三个分贝检测模块检测到的音量数据。
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