CN111867178A - 一种基于局域网与语音识别的主控室照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于局域网与语音识别的主控室照明系统。包括语音模块用于接收语音信号，并传输给AP站端控制模块；AP站端控制模块用于将接收的语音信号转换为控制信息，然后通过不断接受问询的方式向N个STA站端控制模块无线发送；所述STA站端控制模块每隔预定时间向AP站端控制模块发起问询，而后接收AP站端控制模块发送的控制信息，并判断该控制信息是否属于本STA站端控制模块的控制信息，若是则控制照明控制模块，进行照明控制。本发明采用定时轮询的UDP模式解决一对多以及多对一的局域网控制方式的，同时在不修改其他正在运行的AP以及STA站点的情况下新增设备，且正常接收到AP站点的信息，可通过手机端对AP站点进行通信，方便各个STA站点的检修维护。

Description

一种基于局域网与语音识别的主控室照明系统

技术领域

本发明涉及一种基于局域网与语音识别的主控室照明系统。

背景技术

传统的机房照明系统，采用纯手工控制。有些变电站机房的照明系统是集中在某一个开关位置，有些变电站机房照明系统的控制端则是分布在机房周围的墙壁上的，有些控制室则是没有开关设置，直接通过拉闸控制照明系统，再加上主控室要求对其内部采取遮光处理，这就导致运维管理人员打开主控室的时候，往往室内光源不足，难以找到对应的照明控制开关。如果照明控制开关是分散在机房周围，更增加了运维工作人员的工作负担，且在光源不足的主控室内寻找照明开关容易发生一些不必要的安全事故。针对以上情况，开发一种比较容易操作的，控制稳定的，能方便运维管理人员工作的照明系统便成为了一种需求。新设计的照明系统需要满足以下几种功能。

（1）可对所有的照明灯具进行一次性开启或者一次性关闭。

（2）可以满足运维管理人员单独打开或者单独关闭某一排或者某几排灯具的要求。

（3）能够在较为嘈杂的工作环境中工作。

（4）语音识别部分能够对较长距离内的唤醒口令精确感应并识别。

（5）有防止误操作与误感应的措施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于局域网与语音识别的主控室照明系统，采用定时轮询的UDP模式解决一对多以及多对一的局域网控制方式的，同时在不修改其他正在运行的AP以及STA站点的情况下新增设备，且正常接收到AP站点的信息，可通过手机端对AP站点进行通信，方便各个STA站点的检修维护。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于局域网与语音识别的主控室照明系统，包括语音模块、AP站端控制模块、N个STA站端控制模块、照明控制模块；

所述语音模块用于接收语音信号，并传输给AP站端控制模块；

所述AP站端控制模块用于将接收的语音信号转换为控制信息，然后通过不断接受问询的方式向N个STA站端控制模块无线发送；

所述STA站端控制模块每隔预定时间向AP站端控制模块发起问询，而后接收AP站端控制模块发送的控制信息，并判断该控制信息是否属于本STA站端控制模块的控制信息，若是则控制照明控制模块，进行照明控制。

在本发明一实施例中，所述AP站端控制模块创建的AP站点是AP_UDP_SERVER模式，所述STA站端控制模块创建的STA站点是STA_UDP_CLIENT模式。

在本发明一实施例中，所述AP站端控制模块和STA站端控制模块均采用ESP8266无线模组。

在本发明一实施例中，所述照明控制模块包括继电器控制模块、与继电器控制模块连接的照明电器。

在本发明一实施例中，所述语音模块采用SNR3512M。

在本发明一实施例中，所述AP站端控制模块创建的AP站点的工作方式如下：

（1）进行AP模式的初始化，建立AP模式的结构体，为结构体分配内存空间，设置AP模式下的初始化信息，初始化AP模式；

（2）局域网的创建；调用软件定时器，重复获取连接到AP站点的信息，重复获取的信息在软件定时器的回调函数中截取，在回调函数中，先是创建用以保存STA站点信息的结构体，查询相应STA站点在局域网中分配的IP地址以及原先带有的端口号，最后进行UDP通信模式下的初始化网络连接；

AP站点在进行初始化网络连接下的UDP通信之前，需要创建UDP结构体并申请所需内存，定义UDP的通信方式以及局域网服务器的本地端口号。

在本发明一实施例中，所述STA站端控制模块创建的STA站点的工作方式如下：

（1）建立AP模式的信息结构体与参数结构体，并申请内存，将局域网服务器的密码和账号导入参数结构体并设置STA模式保存；

（2）将需要通过STA站点向AP站点实时问询的信息通过回调函数实现，在回调函数中，获取分配到的IP地址，在还没获得对应的IP地址之前，通过软件定时器每隔预定时间判断接收AP站点发送的IP地址直到成功接入局域网，而后通过STA站点向AP站点正式发起问询，且在每隔预定时间之后重新发起问询通信。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明采用人工智能算法解决语音模块无法在嘈杂的主控室中准确识别的情况，采用定时轮询的UDP模式解决一对多以及多对一的局域网控制方式的，同时在不修改其他正在运行的AP以及STA站点的情况下新增设备，且正常接收到AP站点的信息，可通过手机端对AP站点进行通信，方便各个STA站点的检修维护。

附图说明

图1为本发明一种基于局域网与语音识别的主控室照明系统框图。

图2为本发明AP站点工作模式图。

图3为本发明STA站点工作模式图。

图4为本发明语音模块与AP站端控制模块电路原理图。

图5为本发明STA站端控制模块电路原理图。

图6为UART传输字节时序图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提供了一种基于局域网与语音识别的主控室照明系统，包括语音模块、AP站端控制模块、N个STA站端控制模块、照明控制模块；

所述语音模块用于接收语音信号，并传输给AP站端控制模块；

所述AP站端控制模块用于将接收的语音信号转换为控制信息，然后通过不断接受问询的方式向N个STA站端控制模块无线发送；

所述STA站端控制模块每隔预定时间向AP站端控制模块发起问询，而后接收AP站端控制模块发送的控制信息，并判断该控制信息是否属于本STA站端控制模块的控制信息，若是则控制照明控制模块，进行照明控制。

所述AP站端控制模块创建的AP站点是AP_UDP_SERVER模式，所述STA站端控制模块创建的STA站点是STA_UDP_CLIENT模式。所述AP站端控制模块和STA站端控制模块均采用ESP8266无线模组。

所述AP站端控制模块创建的AP站点的工作方式如下：

（1）进行AP模式的初始化，建立AP模式的结构体，为结构体分配内存空间，设置AP模式下的初始化信息，初始化AP模式；

（2）局域网的创建；调用软件定时器，重复获取连接到AP站点的信息，重复获取的信息在软件定时器的回调函数中截取，在回调函数中，先是创建用以保存STA站点信息的结构体，查询相应STA站点在局域网中分配的IP地址以及原先带有的端口号，最后进行UDP通信模式下的初始化网络连接；

AP站点在进行初始化网络连接下的UDP通信之前，需要创建UDP结构体并申请所需内存，定义UDP的通信方式以及局域网服务器的本地端口号。

所述STA站端控制模块创建的STA站点的工作方式如下：

（1）建立AP模式的信息结构体与参数结构体，并申请内存，将局域网服务器的密码和账号导入参数结构体并设置STA模式保存；

（2）将需要通过STA站点向AP站点实时问询的信息通过回调函数实现，在回调函数中，获取分配到的IP地址，在还没获得对应的IP地址之前，通过软件定时器每隔预定时间判断接收AP站点发送的IP地址直到成功接入局域网，而后通过STA站点向AP站点正式发起问询，且在每隔预定时间之后重新发起问询通信。

以下为本发明的具体实现过程。

如图1所示，本发明的一种基于局域网与语音识别的主控室照明系统，包括语音模块、AP站端控制模块、N个STA站端控制模块、照明控制模块；

所述语音模块用于接收语音信号，并传输给AP站端控制模块；

所述AP站端控制模块用于将接收的语音信号转换为控制信息，然后通过不断接受问询的方式向N个STA站端控制模块无线发送；

所述STA站端控制模块每隔预定时间向AP站端控制模块发起问询，而后接收AP站端控制模块发送的控制信息，并判断该控制信息是否属于本STA站端控制模块的控制信息，若是则控制照明控制模块，进行照明控制。

AP站端控制模块、STA站端控制模块通过局域网进行通信，本发明局域网是建立在ESP8266模组之上。本发明中AP站点的功能主要是通过管脚接收语音识别模块传过来的信号，然后通过不断接受问询的方式向接入的STA站点发送从语音识别模块接收归纳的信号，因此这里创建的是属于服务器端的AP_UDP_SERVER模式。在建立AP站点的时候，主要先对射频模块进行AP模式的初始化，建立AP模式的结构体，并将模式切换保存到指定的flash之中。然后为结构体分配内存空间，设置AP模式下的账号、密码、允许最大连接数、加密方式等初始化信息。初始化AP站点的基础信息之后，才准备开始局域网的创建。

本发明先是通过调用软件定时器，重复获取连接到该站点的信息。重复获取的信息在该软件定时器的回调函数中截取。在回调函数中，同样地先是创建用以保存STA站点信息的结构体，查询该STA站点在局域网中分配的IP地址以及原先带有的端口号，最后进行UDP通信模式下的初始化网络连接。AP站点在进行初始化网络连接下的UDP通信之前，需要创建UDP结构体并且申请所需要的内存，定义UDP的通信方式以及局域网服务器的本地端口号。定义UDP通信方式之后，才可以进行信号的正常接收与发送，具体流程图如图2所示。

同样地，在建立STA站点之时，也是用到了ESP8266无线模组。本发明创建的STA站点是STA_UDP_CLIENT模式。每个STA以客户端的形式存在，在接入局域网之前，要先建立它自己的STA信息结构体与参数结构体，并申请内存，将服务器的密码和账号导入参数结构体并设置STA模式保存。接着将需要通过STA向AP实时问询的信息通过回调函数实现。在回调函数中，主要是获取分配到的IP地址，因为初始化过程中具有一定的延时，所以在还没获得对应的IP地址之前，一直通过软件定时器每隔一段时间判断接收自己的IP地址直到成功接入局域网，才开始通过STA向AP正式发起问询，并且在每隔一段时间之后重新发起问询通信，具体工作流程如图 STA站点工作模式图3所示。

在发起问询通信之后，需要接收判断从AP站点获得的信息是不是属于自己的控制信息，是的话发起响应并控制对应管脚，不是的话继续发起问询通信（AP及STA主体电路模块原理图如图4、5所示）。由STA每过一段时间向AP站点发起询问通信，AP站点在每次获得STA的问询信息之后，发送由语音信号传过来的信息给该STA站点，由此通过不断的问询与接收信号之中，完成每个STA的通信。而每个STA在模组之内的设置方式基本同AP的设置方式相同，不同的是作为客户端的STA站点不需要事先预设本站点的IP地址，该地址由AP分配。只需要对每个STA站点的端口号进行区分，并且分辨通过问询后接收到的信号是否属于本站点的控制信息。

为满足实时控制、实时传输命令、低成本应用、精确识别语音的设计特点，从实际应用需求与小型化的角度考虑，为满足精确语音识别方面的需求，本发明的语音识别与合成端采用的是SNR3512M语音识别模块。传统的LD3320语音识别模块不能在嘈杂的工作环境中运行，且识别距离一般是0.5~2米。基于主控室操作环境的特殊情况，噪声一般较大，容易造成LD3320模块不识别或者识别错误的情况，造成语音识别模块的控制功能不稳定。

SNR3512M语音模块对于特定语音口令的识别率可达到95%以上，可识别距离可以达到6~8米的范围。在SNR3512M语音识别模块内植入特定的人工智能语音识别与语音压缩算法，可以使得该语音识别模块稳定工作在较为嘈杂的环境中。针对特定的主控室语音产品的设计，第一个需要解决的问题是噪声干扰，通过语音模块内部的人工智能算法，实时对接收端的信号进行检测与识别，大大提高了本设计的可靠性与实际应用效果，这是传统的LD3320语音识别模块所没有的。

如图4所示，本发明SNR3512M语音模块是通过UART的方式与上位机进行通信，如UART传输字节时序图6所示。一般将传输的波特率设为9600，每个字节在开始向对方传输时，都会先传输1 bit的起始位，然后传输实际数据的8 bit 数据内容，接着传输1 bit 的结束位。至此，通过UART传输一个字节的数据完成，可以看到，在传输的过程中是不存在校验位的。而在语音识别发送表里显示的是语音模块向其他模块通信的结构方式。本文将UART的传输方式作为上位机与SNR3512M语音模块的调试方式，通过不断的语音输入识别与串口打印输出方式校验口令的识别结果，语音识别模块的输出如语音识别发送表1所示。

语音识别发送表1

语音识别发送表1的主要内容在命令码和操作码之中。其中命令码分为两种，一种是一级口令识别，一种是二级口令识别。一级口令识别过后才开始接收判断二级口令的输入，较大程度上避免误识别与误操作对语音识别模块的影响。在校验完成后通过管脚输出至局域网的AP站点，同时语音识别模块会向语音合成模块发送识别成功对应的指令，语音模块发出语音再次让使用者确认语音是否成功识别。

在照明系统主体搭建中，除了AP站点需要有语音模块管脚输入外，其他STA站点都是通过无线对其响应的，ESP8266无线模组的硬件特性支持802.11b无线协议。因此当ESP8266无线模组在2.4GHz左右，传输速率在11Mb/s的时候，局域网的覆盖范围在15m~45m左右，完全超过一般主控室的最大直线距离。若是主控室设计得较大时，也可以通过降低传输速率来使得传输范围达到100m~300m之间，因此通过ESP8266无线模组搭建的局域网覆盖整个主控室并实时传输数据时没问题的。该照明系统是通过STA站点的外接引脚分别连接3.3V控制220V的一路继电器从而控制220V灯具的开关，同时点亮该STA站点蓝色的LED灯，使得整个照明系统正常工作。该照明系统还可后期通过手机端与AP站点进行通信，从而对各个STA站点进行检修维护。

本发明以变电站主控室的实际应用需求为牵引，设计了一款基于离线语音识别的可靠性强、小型化、操作简单、抗干扰能力强的局域网照明系统。通过语音识别模块内的AI算法实现语音在嘈杂的工作环境中精确识别并语音合成提醒，可识别距离长达6~8米，抗干扰能力极强。通过ESP8266模组搭建基于UDP协议的局域网，并实现多个STA站点实时问询返回控制命令的功能，成功实现该照明系统对整体照明工具或者单独某一排照明工具的控制。该照明系统的局域网控制方式不再局限于传统的一对一通信，通过UDP的不可靠传输特性，通过简单的延迟控制，变相实现AP站点与STA站点之间的一对多控制以及多对一控制的功能，对于相关的局域网控制类产品设计具有一定的借鉴意义。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于局域网与语音识别的主控室照明系统，其特征在于，包括语音模块、AP站端控制模块、N个STA站端控制模块、照明控制模块；

所述语音模块用于接收语音信号，并传输给AP站端控制模块；

所述AP站端控制模块用于将接收的语音信号转换为控制信息，然后通过不断接受问询的方式向N个STA站端控制模块无线发送；

所述STA站端控制模块每隔预定时间向AP站端控制模块发起问询，而后接收AP站端控制模块发送的控制信息，并判断该控制信息是否属于本STA站端控制模块的控制信息，若是则控制照明控制模块，进行照明控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于局域网与语音识别的主控室照明系统，其特征在于，所述AP站端控制模块创建的AP站点是AP_UDP_SERVER模式，所述STA站端控制模块创建的STA站点是STA_UDP_CLIENT模式。

3.根据权利要求1所述的一种基于局域网与语音识别的主控室照明系统，其特征在于，所述AP站端控制模块和STA站端控制模块均采用ESP8266无线模组。

4.根据权利要求1所述的一种基于局域网与语音识别的主控室照明系统，其特征在于，所述照明控制模块包括继电器控制模块、与继电器控制模块连接的照明电器。

5.根据权利要求1所述的一种基于局域网与语音识别的主控室照明系统，其特征在于，所述语音模块采用SNR3512M。

6.根据权利要求1所述的一种基于局域网与语音识别的主控室照明系统，其特征在于，所述AP站端控制模块创建的AP站点的工作方式如下：

（1）进行AP模式的初始化，建立AP模式的结构体，为结构体分配内存空间，设置AP模式下的初始化信息，初始化AP模式；

（2）局域网的创建；调用软件定时器，重复获取连接到AP站点的信息，重复获取的信息在软件定时器的回调函数中截取，在回调函数中，先是创建用以保存STA站点信息的结构体，查询相应STA站点在局域网中分配的IP地址以及原先带有的端口号，最后进行UDP通信模式下的初始化网络连接；

AP站点在进行初始化网络连接下的UDP通信之前，需要创建UDP结构体并申请所需内存，定义UDP的通信方式以及局域网服务器的本地端口号。

7.根据权利要求6所述的一种基于局域网与语音识别的主控室照明系统，其特征在于，所述STA站端控制模块创建的STA站点的工作方式如下：

（1）建立AP模式的信息结构体与参数结构体，并申请内存，将局域网服务器的密码和账号导入参数结构体并设置STA模式保存；

（2）将需要通过STA站点向AP站点实时问询的信息通过回调函数实现，在回调函数中，获取分配到的IP地址，在还没获得对应的IP地址之前，通过软件定时器每隔预定时间判断接收AP站点发送的IP地址直到成功接入局域网，而后通过STA站点向AP站点正式发起问询，且在每隔预定时间之后重新发起问询通信。

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