CN213691432U - 一种基于语音识别的交互式教育用控制终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及智能设备领域，具体公开了一种基于语音识别的交互式教育用控制终端，包括语音识别模块、控制模块、通信模块，其中语音识别模块采集用户语音并进行处理，将得到的语音数据的特征值通过通信模块送入控制模块识别用户身份，并根据识别结构进行语音交互式学习；本实用新型能够有效进行语音交互式学习，识别程度高、用户体验好，能够很好的配套应用于语音交互式教育设备中。

Description

一种基于语音识别的交互式教育用控制终端

技术领域

本实用新型涉及智能设备技术领域，具体涉及一种基于语音识别的交互式教育用控制终端。

背景技术

交互式学习的出现，扩展了已存教育方式的界限。越来越普遍的电子媒体的使用，使得新一代的学生和老师越来越倾向于交互式学习的教育方式，并交互式学习变成学生们每天学习不可或缺的部分。但是现有市场上的交互式教育用控制终端对于音频信息的处理效率较为低下，且并且主动交互功能不够，不能够自主的为用户提供个性化的交互学习，此外语音的采集范围较小，容噪性不高，可扩展性也不强，亟需改进。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种基于语音识别的交互式教育用控制终端，用以解决上述问题。

本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：

一种基于语音识别的交互式教育用控制终端，所述控制终端包括语音识别模块、控制模块、通信模块；

所述语音识别模块包括采集单元和核心语音处理芯片及辅助外围电路，所述语音识别模块用于采集用户语音并进行处理，具体包括：

对语音数据进行预处理，得到每个数据帧；

将所述每个数据帧由时域转换至频域；

利用预设尺度的三角形滤波器，对转换至频域的每个数据帧进行滤波；

对滤波后的每个数据帧进行离散余弦变换，得到所述语音数据的特征值；

将得到的语音数据的特征值通过通信模块送入控制模块识别用户身份：

若识别成功则查询并调用与所述用户相匹配的交互式语音应答控制流程，其中交互式语音应答控制流程控制用户交互式语音应答菜单树中的播报顺序，所述应答菜单树的每一层均包括多个菜单，每一个所述菜单均映射一个业务节点；所述业务节点中包含知识点的集合，每个知识点包括标准问及对应的标准答案；

所述通信模块包括无线通信单元、USB通信单元及辅助外围电路；所述通信单元用于对语音识别模块、控制模块和交互反馈模块间进行数据传输；

所述控制模块包括存储器单元、服务器单元、以及控制电路，所述控制电路包括继电器控制电路、开关电路、电机驱动电路，所述存储器单元用于预存储用户语音数据和身份信息，所述服务器单元用于与外部互连网连接，所述控制电路用于根据交互结果进行对外部灯光、动作进行控制。

优选地，所述采集单元为麦克风阵列单元，所述麦克风阵列单元包括若干个麦克风以及匹配的模拟开关电路以及AGC电路，所述模拟开关电路用于对若干个麦克风进行切换工作，所述AGC电路为能够将输出信号的幅度保持在预设范围内进行变化，用于控制麦克风电路的输出信号的幅度变化范围。

优选地，所述麦克风阵列单元采用阵列算法降噪，支持近场和远场拾音。

优选地，所述核心语音处理芯片为STM32F407IGT6芯片或SPCE061A中的一种。

优选地，所述控制终端与外设交互反馈模块进行通信，所述交互反馈模块包括显示单元、语音单元、灯光提醒单元、动作单元，用于根据控制终端发出的控制信号进行图像、语音、灯光、动作的输出。

优选地，所述控制终端还设置有电源模块，用于提供控制终端各模块的电力来源。

优选地，所述电源模块包括电池管理单元和锂电池，所述电源管理单元用于控制锂电池向控制终端中的其他单元进行供电。

优选地，所述无线通信单元为采用WIFI通信或Bluetooth通信中的一种。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

本实用新型能够快速准确处理用户语音信息，识别身份并根据用户的不同提供个性化的语音交互式教育，同时将语音识别模块与控制模块通过通信模块进行连接，扩展了用户的活动范围，特别的控制模块的设计，大大提高了本实用新型的扩展兼容性，此外特殊的采集单元的设计，有效提高了语音的采集效率和对于环境的容噪性，使得本实用新型的应用范围更广。

其他本实用新型的有益效果，结合下述实施例进一步说明。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型的一种基于语音识别的交互式教育用控制终端结构示意图；

图2为本实用新型的一种基于语音识别的交互式教育用控制终端的采集单元的结构示意图；

图3为本实用新型的一种基于语音识别的交互式教育用控制终端的工作流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在说明书及权利要求书当中使用了某些名称来指称特定组件。应当理解，本领域普通技术人员可能会用不同名称来指称同一个组件。本申请说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的实质性差异作为区分组件的准则。如在本申请说明书和权利要求书中所使用的“包含”或“包括”为一开放式用语，其应解释为“包含但不限定于”或“包括但不限定于”。具体实施方式部分所描述的实施例为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围。

此外，所属技术领域的技术人员知道，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为软硬件结合的形式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明的各个方面还可以实现为在一个或多个微控制器可读介质中的计算机程序产品的形式，该微控制器可读介质中包含微控制器可读的程序代码。

如图1-3所示，本实施例的一种基于语音识别的交互式教育用控制终端，该控制终端包括语音识别模块、控制模块、通信模块；

其中语音识别模块包括采集单元和核心语音处理芯片及辅助外围电路，本实施例中的采集单元为麦克风阵列单元，所述麦克风阵列单元包括若干个麦克风以及匹配的模拟开关电路以及AGC电路，所述模拟开关电路用于对若干个麦克风进行切换工作，所述AGC电路为能够将输出信号的幅度保持在预设范围内进行变化，用于控制麦克风电路的输出信号的幅度变化范围，所述麦克风阵列单元采用阵列算法降噪，支持近场和远场拾音；

本实施例中的核心语音处理芯片采用ST公司生产的STM32F407IGT6芯片，作为一种Cortex-M4内核的32位处理器，相较于上代Cortex-M3内核产品，STM32F407系列增加了单精度浮点运算单元，在进行浮点运算时所用的指令周期相较CM3大大缩短，同时兼具MCU与DSP的特性。STM32F407IGT6的工作频率能达到168M，极限情况下可达281M。内置1024KFLASH和192KRAM；且通信方式多样化，包括USB、以太网、Wi-Fi等通信接口；工作电压1.8-3.6V满足低功耗的工作需求，此外由于FPU单元的存在使得STM32F407IGT6芯片能够完成语音识别过程中的语音信号处理，同时丰富的外设资源也能够十分便捷的应用于控制；

上述语音识别模块用于采集用户语音并进行处理，具体包括：

对语音数据进行预处理，得到每个数据帧；

将所述每个数据帧由时域转换至频域；

利用预设尺度的三角形滤波器，对转换至频域的每个数据帧进行滤波；

对滤波后的每个数据帧进行离散余弦变换，得到所述语音数据的特征值；

将得到的语音数据的特征值通过通信模块送入控制模块识别用户身份：

若识别成功则查询并调用与所述用户相匹配的交互式语音应答控制流程，其中交互式语音应答控制流程控制用户交互式语音应答菜单树中的播报顺序，所述应答菜单树的每一层均包括多个菜单，每一个所述菜单均映射一个业务节点；所述业务节点中包含知识点的集合，每个知识点包括标准问及对应的标准答案；

所述通信模块包括无线通信单元、USB通信单元及辅助外围电路；所述通信单元用于对语音识别模块、控制模块和交互反馈模块间进行数据传输；在本实施例中我们采用低功耗、高效能的2.4G无线通信模块NRF24L01实现，同时为了增加控制终端与外部的数据传输，添加了全速USB通信电路；

所述控制模块包括存储器单元、服务器单元、以及控制电路，所述控制电路包括继电器控制电路、开关电路、电机驱动电路，所述存储器单元用于预存储用户语音数据和身份信息，所述服务器单元用于与外部互连网连接，所述控制电路用于根据交互结果进行对外部灯光、动作进行控制。

本实施例中的控制终端与外设交互反馈模块进行通信，其中交互反馈模块包括显示单元、语音单元、灯光提醒单元、动作单元，用于根据控制终端发出的控制信号进行图像、语音、灯光、动作的输出。

本实施例中的控制终端还设置有电源模块，用于提供控制终端各模块的电力来源，该电源模块包括电池管理单元和锂电池，所述电源管理单元用于控制锂电池向控制终端中的其他单元进行供电。

本实用新型工作原理：麦克风阵列单元将用户的语音信息采集后送入核心语音处理芯片进行处理得到用户语音的特征值，并通过通信模块送入控制模块中，控制模块查询并调取与所述用户相匹配的交互式语音应答控制流程，按照该流程进行知识点输出至交互反馈模块，并通过控制模块中的控制电路控制交互反馈模块中显示单元、语音单元、灯光提醒单元、动作单元进行相应的图像、语音、灯光、动作的输出。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种基于语音识别的交互式教育用控制终端，其特征在于，所述控制终端包括语音识别模块、控制模块、通信模块；

所述语音识别模块包括采集单元和核心语音处理芯片及辅助外围电路，所述语音识别模块用于采集用户语音并进行处理，具体包括：

对语音数据进行预处理，得到每个数据帧；

将所述每个数据帧由时域转换至频域；

利用预设尺度的三角形滤波器，对转换至频域的每个数据帧进行滤波；

对滤波后的每个数据帧进行离散余弦变换，得到所述语音数据的特征值；

将得到的语音数据的特征值通过通信模块送入控制模块识别用户身份：

若识别成功则查询并调用与所述用户相匹配的交互式语音应答控制流程，其中交互式语音应答控制流程控制用户交互式语音应答菜单树中的播报顺序，所述应答菜单树的每一层均包括多个菜单，每一个所述菜单均映射一个业务节点；所述业务节点中包含知识点的集合，每个知识点包括标准问及对应的标准答案；

所述通信模块包括无线通信单元、USB通信单元及辅助外围电路；所述通信单元用于对语音识别模块、控制模块和交互反馈模块间进行数据传输；

所述控制模块包括存储器单元、服务器单元、以及控制电路，所述控制电路包括继电器控制电路、开关电路、电机驱动电路，所述存储器单元用于预存储用户语音数据和身份信息，所述服务器单元用于与外部互连网连接，所述控制电路用于根据交互结果进行对外部灯光、动作进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于语音识别的交互式教育用控制终端，其特征在于，所述采集单元为麦克风阵列单元，所述麦克风阵列单元包括若干个麦克风以及匹配的模拟开关电路以及AGC电路，所述模拟开关电路用于对若干个麦克风进行切换工作，所述AGC电路为能够将输出信号的幅度保持在预设范围内进行变化，用于控制麦克风电路的输出信号的幅度变化范围。

3.根据权利要求1所述的一种基于语音识别的交互式教育用控制终端，其特征在于，所述核心语音处理芯片为STM32F407IGT6芯片或SPCE061A中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种基于语音识别的交互式教育用控制终端，其特征在于，所述控制终端还外设有交互反馈模块，所述交互反馈模块包括显示单元、语音单元、灯光提醒单元、动作单元，用于根据控制终端发出的控制信号进行图像、语音、灯光、动作的输出。

5.根据权利要求1所述的一种基于语音识别的交互式教育用控制终端，其特征在于，所述控制终端还设置有电源模块，用于提供控制终端各模块的电力来源。

6.根据权利要求5所述的一种基于语音识别的交互式教育用控制终端，其特征在于，所述电源模块包括电池管理单元和锂电池，所述电源管理单元用于控制锂电池向控制终端中的其他单元进行供电。

7.根据权利要求1所述的一种基于语音识别的交互式教育用控制终端，其特征在于，所述无线通信单元为采用WIFI通信或Bluetooth通信中的一种。

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