CN207867275U - 一种智能语音开关控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能语音开关控制系统，包括电源模块、语音扩展板、香橙派主控板；所述的电源模块分别与语音扩展板、香橙派主控板连接，语音扩展板与香橙派主控板还通过串口模块连接；所述的语音扩展板还分别与语音采集模块和信号输出模块连接；所述的香橙派主控板还分别与串口调试模块、GPIO输出模块和语音处理模块连接。通过该系统人们可以通过信号输出模块听到智能声控开关所录制的周围环境音频信号，以实现对该空间区域的有效监控，并通过香橙派主控模块控制电灯实现特定控制，达到对室内任意区域的实时监控，且在黑暗或低噪声的情况下，智能声控系统也能实现自动智能识别，环境适应性强。

Description

一种智能语音开关控制系统

技术领域

本实用新型涉及智能语音及智能家居控制技术领域，尤其是通过最小系统主控板控制GPIO口电平进行高低电平控制的系统，具体为一种智能语音开关控制系统。

背景技术

在家电领域目前已经开始通过降低开关触碰手感与设置多个开关控制点或遥控器等进行实时控制家电设备开关等简易的互动，这样便于用户在室内多个位置进行实时掌控家电的控制和调节，进而采取相应的应对处理措施，以减少意外情况带来的危害，然而目前的开关控制点基本都是固定在特定位置，为了实现更便捷的控制，就布置多个开关点或遥控器，这将导致开关众多而处理繁杂；另外增加遥控器也将会增加不必要的成本，而且当处于一些无法移动位置且距开关较远或遥控器红外被阻碍的时候就无法实现有效控制，如在黑暗或光照条件不佳等不安全因素的情况下导致行动不便者寻找家电开关存在困难，而无法及时的掌控室内家电的开关情况。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，而提供一种智能语音开关控制系统，该系统能够通过智能控制终端远程识别室内环境中任意位置发出的语音控制指令进而控制家电设备的开关等工作，实现对室内区域家电的有效控制。

实现本实用新型目的的技术方案是：

一种智能语音开关控制系统，包括电源模块、语音扩展板、香橙派主控板；所述的电源模块分别与语音扩展板、香橙派主控板连接，语音扩展板与香橙派主控板还通过串口模块连接；所述的语音扩展板还分别与语音采集模块和信号输出模块连接；所述的香橙派主控板还分别与串口调试模块、GPIO输出模块和语音处理模块连接。

所述的语音采集模块，至少包括设在语音扩展板上用于分别探测前方、后方、左方和右方的全方位方位的麦克风装置，通过板载麦克风阵列采集语音信号，可以监测智能开关附近6m范围内的所有语音信号的信息情况，从而为实时采集语音命令而改变电灯状态提供决策依据。

所述的信号输出模块，至少包括设在语音扩展板上的模拟音频输出的直径为3.5mm的音频输出接口，将存储语音信号实时输出，实现将监测到的语音信号的实时录制的播放，模拟音频输出接口达到确认语音命令是否录入效果，便于外界人员通过录制信息的播放实时了解智能语音灯所接收到的不同区域的语音指令情况。

所述串口调试模块，至少包括设在香橙派主控板上的USB接口或网口接口，作为程序调试接口，实现嵌入式系统烧录、主控板初始化、软件系统调试等，其中包括百兆网口（POE供电可选），USB2.0等串口调试方式，而主控板搭载有强大的CPU模块，可以快速传输数据并运行控制程序，并可以扩展联网远程控制，方便更多的人员远距离了解现场信息。

所述语音处理模块，包括设在香橙派主控板上的全志四核H2系统、高性能处理器芯片、256M DDR RAM和USB OTG供电，将语音扩展板实时采集得到的语音命令，依次进行语音信号预处理；所述语音预处理包括端点检测，分帧加窗等；继续MFCC特征提取，通过模板匹配得出识别结果，并将识别结果反馈给所述GPIO输出模块，通过采用处理器对采集的语音信息处理识别后对所述GPIO输出模块的电平的状态进行控制，实现开灯、关灯、增亮和减亮。

所述GPIO输出模块，为香橙派主控板上兼容树莓派的26pin扩展口，根据语音识别结果控制相应电平控制，从而实现对外接LED灯的实时开关控制。

所述电源模块，为至少能提供3.3V及5V电压的供电电源，为语音扩展板、香橙派主控板提供电源，向香橙派主控板提供超过5V的供电电压，而3.3V能保障所述并联的GPIO输出模块的稳定电压需求，并且避免语音采集模块与主控板采用一个电源模式下的降压分流方案所需复杂电路造成的能源浪费。

使用时，语音采集模块探测周围室内环境的声音信号，语音采集模块持续不间断录制环境中语音信号3s，语音信号数据通过串口模块反馈至香橙派主控板，香橙派主控板将语音信号数据以流的形式存储到RAM当中，再传输至全志四核中心处理器，语音命令信息数据经过语音处理模块处理后得出匹配的识别结果即被释放出来，GPIO模块结合上一状态与当前语音命令的识别结果进行综合能效判断后形成电灯控制策略，智能语音开关控制系统采用香橙派主控板和语音扩展板相结合的控制器方案，处理数据速度快且功能强大，方便更多功能的扩展；用户通过语音扩展板模块可在室内任意时间地点下达语音控制命令，智能语音模块实时采集处理，从而实现对室内空间环境语音信号进行实时监测和响应，通过主控板处理控制模块控制GPIO模块驱动相应电灯工作，实现智能语音灯的实时控制，进而达到对任意时间任意方位的语音监测，用户在移动过程中，语音检测模块检测到的距离数据经过语音处理模块放大匹配处理后形成控制策略控制GPIO模块驱动相应电灯工作以实时反应，实现智能语音灯的人性化控制。

所述智能语音开关控制系统的控制方法是，在所述语音输入模块无外界语音输入控制指令或外界语音命令与上一状态相同时，所述GPIO输出模块不进行电平变换操作，在所述语音输入模块有外界语音输入控制指令且与上一状态不同时，所述GPIO输出模块根据上一状态保留的控制情况选择不同的GPIO输出策略，简单的：当检测指令为开灯时，若上一状态为关灯则输出一个高电平，其余全部不变；当检测指令为关灯时，所有GPIO输出口均置为低电平；当检测指令为增亮时，若上一状态为关灯与增亮状态（两个高电平）则不反应，若上一状态为一个高电平,则输出两个高电平；当检测指令为减亮时，若上一指令为关灯或减亮状态（一个高电平）则不反应，若上一状态为两个高电平，则将其中之一置为低电平。通过这样的控制方法可以更加人性化的实现开关控制，避免干扰，而且能发挥各自控制方式下的环境适应性特点。

进一步的，所述香橙派主控板配置有嵌入式开发平台Linux系统，所述GPIO输出模块基于嵌入式开发平台Linux系统形成所述语音处理及输出电平控制策略，所述输出控制策略具体为：若智能开关上电，则系统初始化后自启动程序，程序设置为3s循环检测体系，不断监测语音信号输入，并实时处理；当无语音命令输入时则继续下一轮语音命令的检测录制，若有语音信号输入，则判断语音信号是否为实际控制的四个语音命令，若非控制命令则不进入输出控制模块，若为控制语音命令则进入相应控制操作；若第一次检测到开灯命令则向GPIO口输出一个高电平并保持，若在关灯状态下有除开灯命令外其他控制命令输入则GPIO口亦不做相应的反应；若在存在高电平时，出现关灯指令则将其全部置为低位。

进一步的，所述智能开关在运行的过程中，持续监测室内的声音信号，当且仅当上一状态为双高电平（增亮）时，减亮指令才有效，且将其中强度电平位置低；相反的，当且仅当上一状态为一个高电平时，增亮指令才有效，且将其中强度电平位置高。从而避免智能开关在关灯条件下突然进行增亮减亮操作，使得开关指令逻辑不清，跳跃变化，提高环境适应性。

进一步的，所述语音输入模块是基于所述语音扩展板模块所显示的智能开关周围的环境音频进行，所述的音频由语音采集模块采集并经所述香橙派主控板处理成一帧帧的数据格式音频并进行压缩，再以流的形式传输到所述智能控制终端，在所述信号输出模块获取音频流后，再用音频读取机制和多线程实现音频的输出。通过如此方式处理的音频充分利用了已有智能控制终端的强大数据处理能力，减少在智能小车上的控制器模块的运算处理，可以降低控制器模块的性能要求，进而在保证整个系统数据处理能力的情况下降低系统成本。

有益效果：本实用新型提供的一种智能语音开关控制系统，人们可以通过信号输出模块听到智能声控开关所录制的周围环境音频信号，以实现对该空间区域的有效监控，并通过香橙派主控模块控制电灯实现特定控制，达到对室内任意区域的实时监控，且在黑暗或低噪声的情况下，智能声控系统也能实现自动智能识别，环境适应性强。

附图说明

图1为本实用新型的一种能语音开关控制系统的结构框图；

图中，1.电源模块 2.语音采集模块 3.信号输出模块 4.语音扩展板 5.串口模块6.香橙派主控板 7.语音处理模块 8.GPOI输出模块 9.串口调试模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型内容作进一步的阐述，但不是对本实用新型的限定。

实施例：

如图1所示，一种智能语音开关控制系统，包括电源模块1、语音扩展板4、香橙派主控板6；所述的电源模块1分别与语音扩展板4、香橙派主控板6连接，语音扩展板4与香橙派主控板6还通过串口模块5连接；所述的语音扩展板4还分别与语音采集模块2和信号输出模块3连接；所述的香橙派主控板6还分别与串口调试模块7、GPIO输出模块8和语音处理模块9连接。

其中香橙派主控板6的型号是Orange Pi Zero，香橙派Zero是一款开源的单板电脑，新一代的ARM开发板,它可以运行Android4.4、Ubuntu、Debian等操作系统。香橙派Zero使用全志H2系统级芯片，同时拥有256MB/512MB DDR3 内存（256MB为标准版本），采用四核Cortex-A7 处理器，所述香橙派主控板6上具有音频MIC端口，电源可为USB OTG(集成POE供电)，视频输出支持13pin外界板输出，香橙派主控板6的LED灯有电源指示灯和状态指示灯，且支持板载WIFI,尺寸为48mm*46mm，重26g。以13pin串口方式与语音扩展板4连接；所述香橙派主控板6与语音扩展板4一起连接有电源模块1、串口模块5，所述电源模块1向所述香橙派主控板6提供5V电压，所述语音处理模块7处理所述语音采集模块2语音命令，所述GPIO输出模块8用于输出控制信息。

由于所述的语音处理模块7是在Linux系统平台上实现的，首先打开所述语音采集模块2上的麦克风，以单通道，16位，16KHZ对语音信号进行捕捉，通过串口传输至香橙派主控板6上的语音处理模块2，经过降采样至8KHZ,端点检测，分帧加窗，将语音模拟信号数字化，提取出语音命令的MFCC特征与语音模块中存储的模板进行匹配，得出识别结果，基于二进制信号将控制信息发送到GPIO输出模块8，实现对连接在GPIO输出模块8上电灯的开关亮暗控制，GPIO输出模块再将当前状态发送至香橙派主控板6，使得香橙派对下一次语音命令做出控制信息时进行参考。使用过程中，由于所述的语音扩展板模块16上连接有信号输出模块3，因此只能语音控制系统可设置将实时采集录制的语音信息播报出来，检测语音扩展板模块4的语音采集的实时效果。香橙派主控板6从语音扩展板4得到语音信息，得到模拟音频格式的语音命令信号并进行压缩以便快速传输；香橙派主控板6获取当前语音数据，再通过语音处理模块21识别当前语音命令，结合语音处理模块7探测GPIO口上一状态输出，将应做控制再反馈给GPIO输出模块8，香橙派主控板6再将语音信息数据释放 ，语音处理信息数据内存经过语音处理后被节省出来，香橙派主控板模块6处理数据速度快且功能强大，方便更多功能的扩展；用户通过信号输出模块3得知智能语音开关录制语音信息，从而实现对智能语音开关系统的工作状态进行实时监测，通过GPIO输出模块8控制电平信号驱动相应电灯工作，实现智能语音开关控制系统的开关控制，进而达到对室内任意区域的语音指令监测。

根据本实用新型上述实施例提供的智能语音开关控制系统还具有以下附加技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，所述语音采集模块2至少包括布置在语音扩展板4上用于分别探测前方、后方、左方和右方的四个方位的一个麦克风阵列。如此，可以监测智能开关附近6m范围内的所有语音信号的信息情况，从而为实时采集语音命令智能控制电灯状态提供决策依据。

根据本实用新型的一个实施例，所述信号输出模块3至少包括布置在语音扩展版模块4上的模拟音频输出接口。实现将监测录制到的语音信号的实时播放，模拟音频输出接口可以达到确认语音命令是否录入效果，便于外界人员通过录制信息的播放实时了解智能语音灯所接收到的不同区域的语音指令采集情况，及时对智能语音开关控制系统的位置等其他信息进行调整。

根据本实用新型的一个实施例，所述串口调试模块9为香橙派主控板模块18的一种系统及软件程序的调试方式。其中包括百兆网口（POE供电可选），USB2.0等串口调试方式，而香橙派主控板6搭载有强大的CPU模块，可以快速传输数据并运行控制程序，并可以扩展联网远程控制，方便更多的人员远距离了解现场信息。

根据本实用新型的一个实施例，所述语音处理模块7包括所述香橙派主控板6连接的核心处理器与RAM存储部件等。通过采用处理器对采集的语音信息处理识别后对所述GPIO输出模块8的电平的状态进行控制，实现开灯、关灯、增亮和减亮等电灯控制操作，实现人类双手的解放。

根据本实用新型的一个实施例，所述电源模块1为至少能提供5V电压的电源，所述电源模块1能持续向香橙派主控板6提供超过5V的供电电压，而3.3V能保障所述并联的GPIO输出模块8的稳定电压需求，并且避免语音采集模块2与香橙派主控板6采用一个电源模式下的降压分流方案所需复杂电路造成的能源浪费。

所述智能语音开关控制系统的控制方法是，在所述语音采集模块2无外界语音输入控制指令或外界语音命令与上一状态相同时，所述GPIO输出模块8不进行电平变换操作，在所述语音采集模块2有外界语音输入控制指令且与上一状态不同时，所述GPIO输出模块8根据上一状态保留的控制情况选择不同的GPIO输出策略，简单的：当检测指令为开灯时，若上一状态为关灯则输出一个高电平，其余全部不变；当检测指令为关灯时，所有GPIO输出口均置为低电平；当检测指令为增亮时，若上一状态为关灯与增亮状态（两个高电平）则保持上一状态不变，若上一状态为一个高电平,则输出两个高电平；当检测指令为减亮时，若上一指令为关灯或减亮状态（一个高电平）则保持上一状态不变，若上一状态为两个高电平，则将其中之一置为低电平。通过这样的控制方法可以更加人性化的实现开关控制，避免干扰，而且能发挥各自控制方式下的环境适应性特点。

进一步的，所述香橙派主控板6配置有嵌入式开发平台Linux系统，所述GPIO输出模块8基于嵌入式开发平台Linux系统形成所述语音处理及输出电平控制策略，所述输出控制策略具体为：若智能开关上电，则系统初始化后自启动程序，程序设置为3s循环检测体系，不断监测语音信号输入，并实时处理；当无语音命令输入时则语音采集模块2继续下一轮语音命令的检测录制，若有语音信号输入，则经语音处理模块7判断语音信号是否为实际控制的四个语音命令，若非控制命令则不进入GPIO输出模块8的调节，若为控制语音命令则进入相应控制操作；若语音采集模块2第一次检测到开灯命令则向GPIO输出模块8的GPIO口输出一个高电平并保持，若在关灯状态下有除开灯命令外其他控制命令输入则GPIO输出模块8的GPIO口亦不做相应的反应；若存在高电平时即上一状态为非关灯状态，出现关灯指令则将GPIO输出模块8的全部GPIO口置为低位。

进一步的，所述智能语音开关控制在运行的过程中，持续监测室内的声音信号，当且仅当上一状态为双高电平（增亮状态）时，减亮指令才有效，且将其中GPIO输出模块8的增减GPIO口电平置低位；相反的，当且仅当上一状态为一个高电平时，增亮指令才有效，且将其中GPIO输出模块8的增减GPIO口电平置高位。从而避免GPIO输出模块8在关灯条件下突然进行增亮减亮操作，使得开关指令逻辑不清，跳跃变化，提高系统环境的适应性。

进一步的，所述语音采集模块2是基于所述语音扩展板模块4所显示的智能开关周围的环境音频进行，所述的音频由语音采集模块2采集并经所述香橙派主控板18处理成一帧帧的数据格式音频并进行压缩，再以流的形式传输到所述智能控制终端，在所述信号输出模块3获取音频流后，进行降采样处理，再用音频读取机制和多线程实现音频的输出。通过如此方式处理的音频充分利用了已有智能控制终端的强大数据处理能力，减少在智能小车上的语音处理模块7的运算处理，可以降低对语音处理模块7的性能要求，进而在保证整个系统数据处理能力的情况下降低系统成本。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种智能语音开关控制系统，其特征在于，包括电源模块、语音扩展板、香橙派主控板；所述的电源模块分别与语音扩展板、香橙派主控板连接，语音扩展板与香橙派主控板还通过串口模块连接；所述的语音扩展板还分别与语音采集模块和信号输出模块连接；所述的香橙派主控板还分别与串口调试模块、GPIO输出模块和语音处理模块连接；

所述串口调试模块，至少包括设在香橙派主控板上的USB接口或网口接口；

所述GPIO输出模块，为香橙派主控板上兼容树莓派的26pin扩展口。

2.根据权利要求1所述的一种智能语音开关控制系统，其特征在于，所述的语音采集模块，至少包括设在语音扩展板上用于分别探测前方、后方、左方和右方的全方位方位的麦克风装置。

3.根据权利要求1所述的一种智能语音开关控制系统，其特征在于，所述的信号输出模块，至少包括设在语音扩展板上的模拟音频输出的直径为3.5mm的音频输出接口。

4.根据权利要求1所述的一种智能语音开关控制系统，其特征在于，所述语音处理模块，包括设在香橙派主控板上的全志四核H2系统、高性能处理器芯片、256M DDR RAM和USBOTG供电。

5.根据权利要求1所述的一种智能语音开关控制系统，其特征在于，所述电源模块，为至少能提供3.3V及5V电压的供电电源。