CN112735416A - 一种单火线离线语音控制开关面板及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单火线离线语音控制开关面板及控制方法。本发明包括主控模块，以及连接至主控模块的单火取电模块、按键输入模块、语音输入模块、指示模块和控制信号输出模块。单火取电模块用于给弱电系统供电；按键输入模块长按模式和短按模式，分别用于直接输入控制信号和语音指令的学习；语音输入模块在没有按键信息时输入开关控制信号，长按模式时用于输入学习指令；主控模块用于处理按键、语音信息，并输出控制信号给输出模块；指示模块用于指示开关及指令学习状态；控制信号输出模块包括电磁继电器主体及驱动电路，用于控制灯具等外接设备的通断。本发明无需外接零线，也无需网关，可以方便、快捷地实现灯具等外接设备的离线语音控制。

Description

一种单火线离线语音控制开关面板及控制方法

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，具体为一种单火线离线语音控制开关面板及控制方法。

背景技术

近年来，人工智能技术得到长足的发展，语音控制的智能家居产品，越来越多地进入人们的日常生活。目前的单火线开关产品，主要采用无线模式，通过网关或手机APP，达到控制开关的目的。这种方式，在使用上较为繁琐，设置网关或者连接手机，都需要较多的操作步骤；而另一部分拥有语音识别功能的开关面板产品，也大都采用与智能音箱联动的控制机制，需要配套特定的智能音箱产品，且指令单一，难以做到多路开关的设定和控制。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种单火线离线语音控制开关面板。

本发明包括主控模块，以及连接至主控模块的单火取电模块、按键输入模块、语音输入模块、指示模块和控制信号输出模块。

所述的单火取电模块的两个电压输入端均接在一条火线上，位于开关的两端，输出5V直流电，供弱电系统使用。

所述的按键输入模块采用物理按键或触摸按键，实现外部信号的输入；按键输入模块具有短按模式和长按模式两种模式，短按模式用于直接输入控制信号，实现传统开关面板的按键功能；长按模式用于语音指令的学习，进入学习模式。

所述的语音输入模块采用麦克风，麦克风的一个输出端接5V电源，另一个输出端接地，两个输出端接主控模块，将采集的声音信号输入主控模块。

所述的指示模块包括指示灯模块和扬声器模块。

所述的指示灯模块包括两个LED灯和一个NPN三级管，主控模块的指示灯信号输出端接第一LED灯的负极，并通过电阻接NPN三级管的基极，第二LED灯的负极接NPN三级管的集电极，NPN三级管的发射极接地；两个LED灯的正极接5V电源。

所述的扬声器模块包括扬声器和一个NPN三级管，主控模块的扬声器信号输出端通过电阻接NPN三级管的基极，NPN三级管的发射极接地；扬声器一端接5V电源，另一端接NPN三级管的集电极；扬声器用于指示学习状态。

所述的控制信号输出模块包括一个继电器，主控模块的控制信号输出端通过光电耦合器接继电器的控制端，继电器控制用电设备的开关。

本发明的另一个目的是提供一种该单火线离线语音控制开关面板进行控制的方法，具体是：

步骤(1)通过按键输入模块输入按键信息，按键信息包括长按模式和短按模式；

步骤(2)主控模块收到按键信息后，通过计时单元开始计时：

如果所计时间长度没有达到设定的时间阈值，表明按键输入为短按模式，实现传统开关面板的按键功能，即通过继电器控制用电设备的开关，并通过指示灯指示开关的状态：开关闭合时，只有第一LED灯亮；开关断开时，只有第二LED灯亮；

如果所计时间长度达到或超过设定的时间阈值，表明按键输入为长按模式，主控模块通知语音输入模块启动学习模式，等待接收语音信息，并通过扬声器对外输出指示信息；

步骤(3)语音输入模块通过麦克风拾取用户的语音指令，并发送主控模块；

步骤(4)控模块收到语音指令信息，分析语音信号特征，并存储这些特征数据；

步骤(5)学习完成后，将原有的指令词更新为输入的语音指令，主控模块通知指示模块，输出学习成功的指示信号；

步骤(6)语音控制开关时，语音输入模块拾取用户的语音指令，发送主控模块，主控模块将语音指令与存储的特征数据匹配，如匹配成功，执行该语音指令，即通过继电器控制用电设备的开关。

本发明的控制开关面板使用单火取电方式，无需零线接入，可以适配绝大部分现有的开关面板。本发明采用纯离线控制方式，不需要配置网关、APP等繁琐步骤，语音指令直接控制开关。本发明可以通过检测按键信号时长的方法，区分开关面板直接驱动继电器，或者进入指令词学习模式，自定义开关控制指令；用经济、简洁的方式，解决了多开关场景下，不同指令词的需求，同时也满足了个性化的需求。

附图说明

图1为本发明的模块连接示意图；

图2为单火取电模块接线示意图；

图3为采用触摸按键的按键输入模块示意图；

图4为语音输入模块示意图；

图5-1为指示模块中指示灯模块示意图；

图5-2为指示模块中扬声器模块示意图；

图6为主控模块示意图；

具体实施方式

下面将结合具体图示，对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种单火线离线语音控制开关面板，包括主控模块1，以及连接至主控模块1的单火取电模块2、按键输入模块3、语音输入模块4、指示模块5和控制信号输出模块6。

如图2所示，单火取电模块2的两个电压输入端均接在一条火线上，位于开关K的两端，输出5V直流电，供弱电系统使用。

按键输入模块3采用物理按键，也可以采用触摸按键B，实现外部信号的输入。如图3所示，触摸按键B接处理电路的输入，处理电路的输出KEY_IN接主控模块1。按键输入模块具有短按模式和长按模式两种模式，短按模式用于直接输入控制信号，实现传统开关面板的按键功能；长按模式用于语音指令的学习，进入学习模式。

如图4所示，语音输入模块4采用麦克风M，麦克风M的一个输出端ADC_P接5V电源，另一个输出端ADC_N接地，两个输出端接主控模块1，将采集的声音信号输入主控模块1。

指示模块5包括指示灯模块和扬声器模块。

如图5-1所示，指示灯模块包括两个LED灯和一个NPN三级管N1，主控模块1的指示灯信号输出端SIG_IN接第一LED灯L1的负极，并通过电阻接NPN三级管N1的基极，第二LED灯L2的负极接NPN三级管N1的集电极，NPN三级管N1的发射极接地；两个LED灯的正极接5V电源。两个LED灯指示开关的状态：开关闭合时，只有第一LED灯L1亮；开关断开时，只有第二LED灯L2亮。

如图5-2所示，扬声器模块包括扬声器S和一个NPN三级管N2，主控模块1的扬声器信号输出端CLK_IN通过电阻接NPN三级管N2的基极，NPN三级管N2的发射极接地；扬声器S一端接5V电源，另一端接NPN三级管N2的集电极。扬声器S指示学习状态，通过声音提醒学习模式所处阶段。

控制信号输出模块6包括一个继电器，主控模块1的控制信号输出端通过光电耦合器接继电器的控制端，继电器控制用电设备(例如灯)的开关。

如图6所示，主控模块采用申请人生产销售的GX8002语音AI芯片，芯片的信号输入端接按键输入模块3、语音输入模块4，信号输出端接指示模块5和控制信号输出模块6。

该音控制开关面板具体控制方法是：

步骤(1)通过按键输入模块输入按键信息，按键信息包括长按模式和短按模式；

步骤(2)主控模块收到按键信息后，通过计时单元开始计时：

如果所计时间长度没有达到设定的时间阈值，表明按键输入为短按模式，实现传统开关面板的按键功能，即通过继电器控制用电设备的开关，并通过指示灯指示开关的状态：开关闭合时，只有第一LED灯L1亮；开关断开时，只有第二LED灯L2亮；

如果所计时间长度达到或超过设定的时间阈值，表明按键输入为长按模式，主控模块通知语音输入模块启动学习模式，等待接收语音信息，并通过扬声器对外输出指示信息(如滴一声)；

步骤(3)语音输入模块通过麦克风拾取用户的语音指令，并发送主控模块；

步骤(4)主控模块收到语音指令信息，分析语音信号特征，并存储这些特征数据；

步骤(5)学习完成后，将原有的指令词更新为输入的语音指令，主控模块通知指示模块，输出学习成功的指示信号，例如扬声器鸣响；

步骤(6)语音控制开关时，语音输入模块拾取用户的语音指令，发送主控模块，主控模块将语音指令与存储的特征数据匹配，如匹配成功，执行该语音指令，即通过继电器控制用电设备的开关。

具体应用场景举例如下：

语音输入模块有两种工作模式；模式一、未有按键信号输入时，直接喊出默认的语音控制指令，例如，“小宝开灯、小宝关灯”；模式二、在按键长按状态下，用于新指令的拾取、学习。

检测外部按键输入，是否为长按模式，本实施案例定义为3秒，若为长按，则进入语音指令学习模式，并输出指示信息，扬声器滴一声等。

语音输出模块拾取用户的语音指令，例如“打开客厅灯、关闭客厅灯”，主控模块分析语音信号特征并存储这些特征点，开关的指令词更新成功；如果语音指令输入过程有任何异常，导致学习失败，则开关的指令词不作更新。

学习成功后，输出学习完成的指示信号，如扬声器滴一声；如果学习失败，输出学习失败的指示信号，如扬声器滴三声。

可以定义恢复出厂模式，通过按键长按实现，长按时间可自主定义，本实施案例定义为7秒；在指令词被更新的状态下，长按按键7秒，系统恢复出厂设置，指令词还原成默认的“小宝开灯、小宝关灯”。

以上内容具体而详细地描述了本发明的基本原理，显示了主要特征和本发明的优点。本发明的保护内容不局限于以上实例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (3)

1.一种单火线离线语音控制开关面板，其特征在于：

包括主控模块，以及连接至主控模块的单火取电模块、按键输入模块、语音输入模块、指示模块和控制信号输出模块；

所述的单火取电模块的两个电压输入端均接在一条火线上，位于开关的两端，输出5V直流电，供弱电系统使用；

所述的按键输入模块采用物理按键或触摸按键，实现外部信号的输入；按键输入模块具有短按模式和长按模式两种模式，短按模式用于直接输入控制信号，实现传统开关面板的按键功能；长按模式用于语音指令的学习，进入学习模式；

所述的语音输入模块采用麦克风，麦克风的一个输出端接5V电源，另一个输出端接地，两个输出端接主控模块，将采集的声音信号输入主控模块；

所述的指示模块包括指示灯模块和扬声器模块；

所述的指示灯模块包括两个LED灯和一个NPN三级管，主控模块的指示灯信号输出端接第一LED灯的负极，并通过电阻接NPN三级管的基极，第二LED灯的负极接NPN三级管的集电极，NPN三级管的发射极接地；两个LED灯的正极接5V电源；

所述的扬声器模块包括扬声器和一个NPN三级管，主控模块的扬声器信号输出端通过电阻接NPN三级管的基极，NPN三级管的发射极接地；扬声器一端接5V电源，另一端接NPN三级管的集电极；扬声器用于指示学习状态；

所述的控制信号输出模块包括一个继电器，主控模块的控制信号输出端通过光电耦合器接继电器的控制端，继电器控制用电设备的开关。

2.采用如权利要求1所述的单火线离线语音控制开关面板进行控制的方法，其特征在于，该方法具体是：

步骤(1)通过按键输入模块输入按键信息，按键信息包括长按模式和短按模式；

步骤(2)主控模块收到按键信息后，通过计时单元开始计时：

如果所计时间长度没有达到设定的时间阈值，表明按键输入为短按模式，实现传统开关面板的按键功能，即通过继电器控制用电设备的开关，并通过指示灯指示开关的状态：开关闭合时，只有第一LED灯亮；开关断开时，只有第二LED灯亮；

如果所计时间长度达到或超过设定的时间阈值，表明按键输入为长按模式，主控模块通知语音输入模块启动学习模式，等待接收语音信息，并通过扬声器对外输出指示信息；

步骤(3)语音输入模块通过麦克风拾取用户的语音指令，并发送主控模块；

步骤(4)主控模块收到语音指令信息，分析语音信号特征，并存储这些特征数据；

步骤(5)学习完成后，将原有的指令词更新为输入的语音指令，主控模块通知指示模块，输出学习成功的指示信号；

步骤(6)语音控制开关时，语音输入模块拾取用户的语音指令，发送主控模块，主控模块将语音指令与存储的特征数据匹配，如匹配成功，执行该语音指令，即通过继电器控制用电设备的开关。

3.如权利要求1所述的一种单火线离线语音控制开关面板，其特征在于：所述的主控模块采用GX8002语音AI芯片。

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