CN112951234A - 一种基于语音交互的负荷辨识智能控制方法、系统和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于语音交互的负荷辨识智能控制方法、系统和装置，该方法包括：接收语音信息，并验证所述语音信息是否为预存的启动指令，若是，则进行下一步；根据语音信息的声纹，判断语音信息是否与预存声纹相匹配，若匹配，则进行下一步；获取语音指令，判断语音指令是否与预存指令相匹配，若匹配，则根据所述语音指令对负荷监测模块进行控制。本发明通过在负荷监测模块基础上增加人像识别模块和语音交互模块，人像识别模块可以对操作人进行身份验证，只有经过授权才可以对符合监测模块进行数据查看、下载等操作，语音交互模块可以根据语音信息对符合监测模块进行控制，智能化程度高，解决了负荷辨识装置位于高处，不便于手动操作的问题。

Description

一种基于语音交互的负荷辨识智能控制方法、系统和装置
技术领域
本发明涉及用电负荷辨识领域，具体而言，涉及一种基于语音交互的负荷辨识智能控制方法、系统和装置。
背景技术
家庭用户是智能电网的重要消耗端，也是电网的重要组成，伴随着智能家居种类和数量的增多，家用电器中很多是具有感性、容性等非阻性负载，如异步电动机、整流设备等。此类动态负荷的用电负载电流产生的巨幅波动，会引起频率偏差、电压波动、电压闪变、谐波畸变和直流注入等问题，对智能表的电气性能和稳定性造成很大隐患，引起电能计量出现误差，使电能表不能公正合理计费，给公司带来经济损失。
通过家庭电器负荷辨识技术用户可以及时监测电器的使用情况，负荷辨识技术主要分为侵入式和非侵入式两种，侵入式是指在每个用电设备上加装检测装置，该方法虽然准确，但成本大，维护难。非侵入式是指监测用户的总负荷数据，来获知用户设备的使用情况。目前通过电器开启瞬时波形来识别电器，采用的方法有人工神经网络算法、聚类分析方法和整数划归等方法。
目前，负荷辨识装置一般安装于用户总负荷入口处，位置较高，不便于人工操作控制，给使用者造成不必要的麻烦。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了一种基于语音交互的负荷辨识智能控制方法、系统和装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
第一方面，本发明提出了一种基于语音交互的负荷辨识智能控制方法，包括：1)接收语音信息，并验证所述语音信息是否为预存的启动指令，若是，则进行下一步；2)根据语音信息的声纹，判断所述语音信息是否与预存声纹相匹配，若匹配，则进行下一步；3)获取语音指令，判断所述语音指令是否与预存指令相匹配，若匹配，则根据所述语音指令对负荷监测模块进行控制。
作为优选方案，在步骤2)之后，还包括：获取人像信息，判断所述人像信息是否与预存人像信息相匹配，若匹配，则进行步骤3)。
第二方面，本发明提出了一种基于语音交互的负荷辨识智能控制系统，包括：启动指令验证模块，用于接收语音信息并验证所述语音信息是否为预存的启动指令；声纹判断模块，用于根据语音信息的声纹，判断所述语音信息是否与预存声纹相匹配；人像信息判断模块，用于获取人像信息，判断所述人像信息是否与预存人像信息相匹配；语音指令判断及控制模块，用于判断所述语音指令是否与预存指令相匹配，若匹配，则根据所述语音指令对负荷监测模块进行控制。
第三方面，本发明提出了一种基于语音交互的负荷辨识智能控制装置，连接于系统电源的总线入口处，包括：负荷监测模块，用于采集总线入口处的电负荷信号，并对电负荷信号进行分析处理，以获取各负荷用电信息；语义识别平台，用于处理来自语音交互模块的语音指令，并将处理后的数据返回至语音交互模块；语音交互模块，用于接收语音指令，并根据语音指令对负荷监测模块进行控制。
作为优选方案，还包括人像识别模块，其与语音交互模块相连，用于采集并识别人像信息，并将识别结果反馈至语音交互模块。
作为优选方案，所述负荷监测模块包括数据采集计算单元和符合监测捕获单元，所述数据采集计算单元用于采集电压及电流的瞬时值和波形，并计算电网的基本电力参数；所述符合监测捕获单元用于捕获负荷投切时造成的电压功率突变波形数据，并从中提取相应的特征数据。
作为优选方案，所述语音交互模块通过物联网MQTT标准协议与语义识别平台连接。
作为优选方案，所述语音交互模块包括语音处理单元、结果发送单元和麦克风阵列单元，所述语音处理单元用于接收来自麦克风阵列单元的语音信息，对所述语音信息处理后发送至语义识别平台进行语义识别，所述结果发送单元通过串口与语音处理单元相连，用于接收来自语音处理单元的处理结果，并根据处理结果对负荷监测模块进行控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过在负荷监测模块基础上增加人像识别模块和语音交互模块，人像识别模块可以对操作人进行身份验证，只有经过授权才可以对符合监测模块进行数据查看、下载等操作，语音交互模块可以根据语音信息对符合监测模块进行控制，操作方便，智能化程度高，解决了负荷辨识装置位于高处，不便于手动操作的问题；采用麦克风陈列单元，利用麦克风阵列的空域滤波特性，通过对唤醒人的角度定位，形成定向拾音波束，并对波束以外的噪音进行抑制，提升远场拾音质量，保证了在嘈杂环境下的识别效果。
附图说明
参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：
图1为本发明实施例基于语音交互的负荷辨识智能控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例基于语音交互的负荷辨识智能控制系统的结构示意图；
图3为本发明实施例基于语音交互的负荷辨识智能控制装置的结构示意图；
图4为本发明实施例负荷监测模块的结构示意图；
图5为本发明实施例语音交互模块的结构示意图。
图中标号：100启动指令验证模块、200声纹判断模块、300人像信息判断模块、400语音指令判断及控制模块、1负荷监测模块、101数据采集计算单元、102符合监测捕获单元、2语音交互模块、201语音处理单元、202结果发送单元、203麦克风阵列单元、3人像识别模块。
具体实施方式
容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
根据本发明的一实施方式结合图1示出。本发明提出了一种基于语音交互的负荷辨识智能控制方法，包括步骤S100至S400。
S100，接收语音信息，并验证语音信息是否为预存的启动指令，若是，则进行下一步。
S200，根据语音信息的声纹，判断语音信息是否与预存声纹相匹配，若匹配，则进行下一步。
S300，获取人像信息，判断人像信息是否与预存人像信息相匹配，若匹配，则进行下一步。
S400，获取语音指令，判断语音指令是否与预存指令相匹配，若匹配，则根据语音指令对负荷监测模块1进行控制。
参见图2，本发明提出了一种基于语音交互的负荷辨识智能控制系统，包括：启动指令验证模块100，用于接收语音信息并验证语音信息是否为预存的启动指令。
声纹判断模块200，用于根据语音信息的声纹，判断语音信息是否与预存声纹相匹配。
人像信息判断模块300，用于获取人像信息，判断人像信息是否与预存人像信息相匹配。
语音指令判断及控制模块400，用于判断语音指令是否与预存指令相匹配，若匹配，则根据语音指令对负荷监测模块1进行控制。
参见图3，本发明提出了一种基于语音交互的负荷辨识智能控制装置，连接于系统电源的总线入口处，包括：
负荷监测模块1，用于采集总线入口处的电负荷信号，并对电负荷信号进行分析处理，以获取各负荷用电信息。
语音交互模块2，用于接收语音指令，并根据语音指令对负荷监测模块1进行控制。
语音交互模块2通过物联网MQTT标准协议与语义识别平台连接，该语义识别平台用于处理来自语音交互模块2的语音指令，并将处理后的数据返回至语音交互模块2。该语义识别平台为基于深度神经网络学习的大数据平台，可采用科大讯飞股份有限公司的语音开放平台，接入语音识别服务，具有语义VAD、特征识别、基于上下文识别、连续语音识别和上下文理解功能。可以将连续的大词汇语音数据交由基于深度学习的大数据系统处理，基于深度神经网络技术增强语音识别系统对噪声的鲁棒性，使得识别准确率和效率大大提高，可以在线识别大量的任意的语音信息，提升了整个语音交互模块的智能化水平。
进一步的，该装置还包括人像识别模块3，其与语音交互模块2相连，用于采集并识别人像信息，并将识别结果反馈至语音交互模块2。本发明实施例中，可采用互视达公司生产的人脸识别装置，型号为HSD-XXKB-22。在采集到人像信息后，与存储系统内的预存人像进行比对，在达到设定阈值时，判定为认证通过。
参见图4，具体的，上述负荷监测模块1包括数据采集计算单元101和符合监测捕获单元102，数据采集计算单元101用于采集电压及电流的瞬时值和波形，并计算电网的基本电力参数。如电压电流有效值、有功无功功率、功率因数、电压电流不平衡度、各次谐波含有率、电压电流谐波总畸变率等，该单元可采用AD7606采集芯片、DSP处理器及其外围电路的组合。
符合监测捕获单元102用于捕获负荷投切时造成的电压功率突变波形数据，并从中提取相应的特征数据。该单元可采用ARM处理器及其外围电路。
参见图5，上述语音交互模块2包括语音处理单元201、结果发送单元202和麦克风阵列单元203。麦克风阵列单元203利用空间分布的多路麦克风拾取声音信号，通过对麦克风阵列的各路输出信号进行分析和处理，得到一个或多个声源的位置信息，实现声源定位功能；同时利用麦克风阵列的空域滤波特性，通过对唤醒人的角度定位，形成定向拾音波束，并对波束以外的噪音进行抑制，提升远场拾音质量，保证识别效果。
语音处理单元201用于接收来自麦克风阵列单元203的语音信息，对语音信息处理后发送至语义识别平台进行语义识别。
具体的，该语音处理单元201包括集成设置在电路板上的AD模块、FPGA语音处理模块、R16处理器、RS485/232串口、电源管理模块和Flash。
麦克风阵列单元203实时检测采集语音信号，将采集到的音频信号传输至语音处理单元201，带噪音的音频信号经过语音处理单元201的AD模块转换成数字信号，再经过FPGA语音处理模块和R16处理器的降噪和回声消除处理，转换成比较纯净的语音信号，语音信号经过无线或有线方式传输给语义识别平台。基于深度学习的语义识别平台将识别后的数据返回给语音处理单元201。语音处理单元201接收到识别数据后，进行数据的预处理，包括对数据的解析和组包，然后按照串口服务定义的通信协议将数据信息传输至结果发送单元202。
结果发送单元202通过串口与语音处理单元201相连，用于接收来自语音处理单元201的处理结果，并根据处理结果对负荷监测模块1进行控制。
具体的，该结果发送单元202包括集成设置于电路板上的STM处理器、USB电源接口、复位开关、电源开关和RS485/232串口。结果发送单元202基于嵌入式操作系统，通过调用语音处理单元201的串口服务接口，与语音处理单元201进行通信，实现语音识别预处理数据的读取，经过STM处理器对数据信息作进一步的解析，将解析后的数据通过RS485/232串口传输至负荷监测模块1，实现对负荷监测模块1的控制。
综上所述，本发明的有益效果包括：通过在负荷监测模块1基础上增加人像识别模块3和语音交互模块2，人像识别模块3可以对操作人进行身份验证，只有经过授权才可以对符合监测模块进行数据查看、下载等操作，语音交互模块2可以根据语音信息对符合监测模块进行控制，操作方便，智能化程度高，解决了负荷辨识装置位于高处，不便于手动操作的问题；采用麦克风陈列单元，利用麦克风阵列的空域滤波特性，通过对唤醒人的角度定位，形成定向拾音波束，并对波束以外的噪音进行抑制，提升远场拾音质量，保证了在嘈杂环境下的识别效果。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
应理解，所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于语音交互的负荷辨识智能控制方法，其特征在于，包括：
1)接收语音信息，并验证所述语音信息是否为预存的启动指令，若是，则进行下一步；
2)根据语音信息的声纹，判断所述语音信息是否与预存声纹相匹配，若匹配，则进行下一步；
3)获取语音指令，判断所述语音指令是否与预存指令相匹配，若匹配，则根据所述语音指令对负荷监测模块进行控制。
2.根据权利要求1所述的基于语音交互的负荷辨识智能控制方法，其特征在于，在步骤2)之后，还包括：获取人像信息，判断所述人像信息是否与预存人像信息相匹配，若匹配，则进行步骤3)。
3.一种基于语音交互的负荷辨识智能控制系统，其特征在于，包括：
启动指令验证模块，用于接收语音信息并验证所述语音信息是否为预存的启动指令；
声纹判断模块，用于根据语音信息的声纹，判断所述语音信息是否与预存声纹相匹配；
人像信息判断模块，用于获取人像信息，判断所述人像信息是否与预存人像信息相匹配；
语音指令判断及控制模块，用于判断所述语音指令是否与预存指令相匹配，若匹配，则根据所述语音指令对负荷监测模块进行控制。
4.一种基于语音交互的负荷辨识智能控制装置，连接于系统电源的总线入口处，其特征在于，包括：
负荷监测模块，用于采集总线入口处的电负荷信号，并对电负荷信号进行分析处理，以获取各负荷用电信息；
语义识别平台，用于处理来自语音交互模块的语音指令，并将处理后的数据返回至语音交互模块；
语音交互模块，用于接收语音指令，并根据语音指令对负荷监测模块进行控制。
5.根据权利要求4所述的基于语音交互的负荷辨识智能控制装置，其特征在于，还包括人像识别模块，其与语音交互模块相连，用于采集并识别人像信息，并将识别结果反馈至语音交互模块。
6.根据权利要求4所述的基于语音交互的负荷辨识智能控制装置，其特征在于，所述负荷监测模块包括数据采集计算单元和符合监测捕获单元，所述数据采集计算单元用于采集电压及电流的瞬时值和波形，并计算电网的基本电力参数；
所述符合监测捕获单元用于捕获负荷投切时造成的电压功率突变波形数据，并从中提取相应的特征数据。
7.根据权利要求4所述的基于语音交互的负荷辨识智能控制装置，其特征在于，所述语音交互模块通过物联网MQTT标准协议与语义识别平台连接。
8.根据权利要求4所述的基于语音交互的负荷辨识智能控制装置，其特征在于，所述语音交互模块包括语音处理单元、结果发送单元和麦克风阵列单元，所述语音处理单元用于接收来自麦克风阵列单元的语音信息，对所述语音信息处理后发送至语义识别平台进行语义识别，所述结果发送单元通过串口与语音处理单元相连，用于接收来自语音处理单元的处理结果，并根据处理结果对负荷监测模块进行控制。
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