CN215814592U - 一种使用近场通信的儿童教学语音笔 - Google Patents

Abstract

本实用新型所公开的一种使用近场通信的儿童教学语音笔，语音笔能够与若干NFC卡进行通信；包括：中央处理单元、语音处理模块、存储模块、无线传输模块、射频通信模块、人机交互模块和电源；射频通信模块与NFC卡通信；所述射频通信模块与中央处理单元连接；语音处理模块与所述中央处理单元连接；所述无线传输模块与中央处理单元连接；所述人机交互模块与中央处理单元连接；所述存储模块与中央处理单元连接；所述电源与中央处理单元连接。本实用新型能够让儿童在使用时，不仅仅能够接收来自卡片或者语音笔内定的语音，其语音处理模块还能够采集儿童语音信息，将其进行存储，由儿童自己设定语音笔所能够读取的语音信息与内容，趣味性强。

Description

一种使用近场通信的儿童教学语音笔

技术领域

本实用新型涉及语音处理技术领域，尤其涉及一种使用近场通信的儿童教学语音笔。

背景技术

人工智能技术与物联网设备已经成为了日常生活中的常见技术，而在儿童教学方面，基于此两项技术的设备仍然很少见，尽管市面上有“小爱同学，小度”等智能语音助手，同时，也有适用于常见儿童所使用的点读机，或者有声字母表。但儿童在使用时不能自定义的语音内容，并且无法与终端设备进行联动，不适合儿童教学，此类设备在儿童的相关使用期使用后，便再无价值。

发明内容

本实用新型提供一种使用近场通信的儿童教学语音笔，以克服上述技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种使用近场通信的儿童教学语音笔，所述语音笔能够与若干NFC卡进行通信；包括：中央处理单元、语音处理模块、存储模块、无线传输模块、射频通信模块、人机交互模块和电源；

所述射频通信模块包括RFID模块，所述RFID模块与NFC卡通信，以实现所述RFID模块与NFC卡之间的通信数据交换；

所述射频通信模块与所述中央处理单元连接，以实现所述RFID模块与所述中央处理单元之间的数据交换；

所述语音处理模块与所述中央处理单元连接，以实现所述语音处理模块与所述中央处理单元之间的语音数据交换；

所述无线传输模块与所述中央处理单元连接，以实现所述语音笔与终端之间的无线数据传输与交换；

所述人机交互模块与所述中央处理单元连接，以实现使用者与语音笔之间的人机交互；

所述存储模块与所述中央处理单元连接；

所述电源与所述中央处理单元连接。

进一步的，所述中央处理单元包括中央处理芯片。

进一步的，所述语音笔还包括OTG接口模块，所述OTG接口模块与外界设备连接，以实现所述语音笔与外界设备之间有线的数据传输与交换；

进一步的，所述语音笔还包括图像采集模块；

所述图像采集模块与所述中央处理单元连接，以实现所述图像采集模块与所述中央处理单元之间的图像或者视频数据交换。

进一步的，所述语音笔上设置有LED灯，以通过所述中央处理单元控制所述LED灯指示所述语音笔的工作状态。

进一步的，还包括视频输出端口，以与外界播放设备连接，实现语音笔中的文件在播放设备中的展示。

有益效果：本实用新型的一种使用近场通信的儿童教学语音笔，能够让儿童在使用时，不仅仅能够接收来自卡片或者语音笔内定的语音，其语音处理模块还能够采集儿童语音信息，将其进行存储，由儿童自己设定语音笔所能够读取的语音信息与内容，趣味性强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型儿童教学语音笔结构框图；

图2为本实用新型儿童教学语音笔麦克风引脚电路图；

图3为本实用新型儿童教学语音主板电路图；

图4为本实用新型儿童教学语音WM8960芯片电路连接图；

图5为本实用新型儿童教学语音电路图；

图6为本实用新型儿童教学语音麦克风阵列电路逻辑图；

图7为本实用新型儿童教学语音摄像头接口电路图；

图8为本实用新型儿童教学语音mini-HDMI接口电路图；

图9为本实用新型儿童教学语音GPIO拓展接口电路图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实施例提供了一种使用近场通信的儿童教学语音笔，如附图1所示，其特征在于，包括：中央处理单元、语音处理模块、存储模块、无线传输模块、射频通信模块、人机交互模块和电源；

所述射频通信模块包括RFID模块，所述RFID模块与NFC卡通信，以实现所述RFID模块与NFC卡之间的通信数据交换；

优选地，所述RFID模块与所述中央处理单元连接，通过与NFC卡片之间的相互线圈磁感应来完成对NFC卡片上所承载的信息的读取；以实现NFC卡片与所述中央处理单元之间的通信数据交换，实现所述语音笔的近场通信功能；具体的，采用基于PN532芯片或者RC522芯片的RFID模块读取NFC卡片，所述RC522芯片和PN532芯片能够直接完成关于NFC卡片内容的读取，转换为文件流通过GPIO接口传输回所述中央处理单元，其工作电流为2mA，使用2.5V到3.6V的电压，通过常用的CRYPTO1算法实现加密与解密，解码速度为424kbit/s，工作频段为13.56MHZ，此处直接利用现有算法完成前述加密与解密过程，由于其不属于本专利保护的内容，因此不再详细进行展开。

所述射频通信模块与所述中央处理单元连接，以实现所述RFID模块与所述中央处理单元之间的数据交换；具体的，所述RFID模块与中央处理单元连接，以实现通过所述中央处理单元识别所述NFC卡片中的数据信息的交换；

优选的，所述中央处理单元包括集成在主板上中央处理芯片；具体的，本实施例中的主板搭载的是1GHz主频的BCM2835处理器，以实现所述无线传输模块、语音处理模块、射频通信模块、人机交互模块、存储模块之间的数据传输与交换；其中，主板的联网，数据传输等都通过处理器的统一调度，即处理器通过主板的总线来发送相关命令和内存运行的Linux系统的内核调度实现。所述中央处理单元还包括内存，以负责所述主板搭载的操作系统的运行；优选的，本实施例中采用的是512MB的内存来负责主板内置的程序和整个系统的运行。

具体的，所述主板集成了40pin针脚的GPIO接口、CSI接口、SPI串行接口、USB OTG接口，其中SPI串行接口能够同时挂载多个设备并节省空间，减小语音笔的体积；实现对各模块之间的数据交换；通过GPIO接口，SPI串行接口，向语音处理模块发起相关的语音请求，通过TTL接口向RFID模块发起相关请求；具体的，主板通过SPI串行接口，使得麦克风采集48000hz采样率，录音编码格式为CD的音频，进程被排至最高优先级，规定音频channel为2，即采集来自两个频道的声音，随后，生成音频的音频流文件后，由麦克风阵列完成音频打包，即完成一次录音。中央处理模块及主控IO接口模块提供40个GPIO针脚供麦克风使用，并为其提供3.3V的直流电压和0.5A的电流，附图9展示了本实施例中的40-pin GPIO扩展接口。

所述语音处理模块与所述中央处理单元连接，以实现所述语音处理模块与所述中央处理单元之间的语音数据交换；所述语音处理模块与主板连接，以实现语音笔对语音信息的处理；

优选的，所述语音处理模块使用WM8960芯片，如附图4所示该芯片为一款低功耗的立体声编解码器，同时，提供了GPIO12端口，可用于连接GPIO12和GPIO13，通过CD格式完成最高为48000hz音频采样频率。通过seed studio麦克风阵列RESPEAKER MIC2，来识别和收集环境中的声音，并将收集到的声音传输到主板；两个MIC设置为从语音笔的两个方向来采集各自方向的音频，最终通过WM8960将音频流合成为单独的一个音频文件，音频文件合成后能够具有一定的空间感的立体声。同时，WN8960芯片和BCM2835处理器能够时刻保持对语音信息的检测，如果检测到有人说话，则调用麦克风采集语音信息并将其回传，如附图2和附图6所示。

所述无线传输模块与所述中央处理单元连接，以实现所述语音笔与终端之间的无线数据传输与交换；具体的所述无线传输模块与主板连接，以实现语音笔与终端之间的无线连接；本实用新型的语音笔，人机交互模块使用者能够通过微信小程序、手机客户端或者web客户端，向服务器发起请求，通过内置于处理器中的语音处理模块将语音笔所识别到的语音信息转化为标准的普通话信息文件或者其他语音信息文件，并能够将其存储于NFC卡片中。并且儿童在使用语音笔的时候，通过小程序、手机客户端或者web客户端中所自带的语音测评模块能够对儿童所输入的语音进行打分并将结果进行播放。所述无线传输模块的核心是BCM43438 WiFi/蓝牙集成芯片，该芯片能够同时发射和接收Wi-Fi信号和蓝牙信号，以满足语音笔与其他设备之间多种方式的无线数据交换。该芯片通过针脚嵌入中央控制模块中，在语音笔开机后，即启用BT和WIFI，WIFI为802.11b/n/g，BT为4.0标准，BT与WIFI均开启broadcast模式，广播自身连接。WIFI接受用户端发送的网络信息，同时主动寻找相关的WIFI主动连接，而BT蓝牙则会广播自身信息，已进行连接。本实用新型由中央控制单元实现语音笔的一直保持唤醒RFID模块的工作，同时一直保持对语音处理模块的监听，当有相关语音请求时，即自动调用无线传输模块。语音笔还通过蓝牙和WiFi接入家庭网关与网络，能够与米家，HOMEKIT等设备进行数据交换。

所述人机交互模块与主板连接，以实现使用者与语音笔之间的人机交互；具体的，所述人机交互模块与主板连接；能够通过所麦克风所接收到的儿童语音转化成信息文件信息与内置于存储模块中的数据库中的信息进行匹配，以实现儿童与语音笔之间的简单对话，能够提高儿童使用录音笔的兴趣。所述人机交互模块在本实用新型中为现有技术的应用，因此对其不再进行详细展开。

所述电源与所述中央处理单元连接。本实施例中的语音笔通过micro-USB电源接口与主板上的电源电路连接，能够对语音笔进行充电，图5展示了本实用新型电源芯片电路图；

所述存储模块块包括与主板连接的SD卡座和插设于所述SD卡座的SD存储卡，优选的，本实施例中采用的是micro-SD卡座。所述存储模块内置数据库，以存储常用语音信息与图片、视频信息和写入语音处理模块以及图像采集模块所搜集到的信息，此处对信息的存储与写入不是本专利发明点，本实用新型仅为利用其功能来辅助语音笔进行工作，因此不进行详细展开描述。

所述语音笔还包括图像采集模块；所述图像采集模块与所述中央处理单元连接，以实现所述图像采集模块与所述中央处理单元之间的图像或者视频数据交换。优选的，所述图像采集模块采用的是imx219摄像头通过CSI排线与处理器及主控IO接口模块相连，如附图7所示，所述CSI排线为15芯排线，通过处理器自动驱动摄像头来进行图像内容的和视频内容的拍摄；拍摄所获得的图像信息和视频信息由CSI传输至主板的GPU后，主板GPU完成对1080P h264文件的封装，或3440*1400图像的封装，所述图像信息和视频信息文件的封装过程不是本实用新型的发明点，因此不再进行赘述。具体的，本实施例中采用CSI摄像头接口进行与所述imx219摄像头连接。语音笔搭载的摄像头采集到的图像和视频信息传输至主板，由处理器进行处理后，并报读正确的名称给孩子。

具体的，本实施例的语音笔能够将所述麦克风收集到的儿童语音信息写入NFC卡片之中，语音笔存储语音文件，每次读取卡片时，与语音笔内数据库对比，如果存在对应的文件，则立刻播放该文件。

所述语音笔还包括OTG接口模块，所述OTG接口模块与外界设备连接，以实现所述语音笔与外界设备之间有线的数据传输与交换；当所述无线传输模块连接不通畅时，采用有限连接的方式进行数据的传输，多样化的连接方式满足用户的不同的使用场景；

所述语音笔还包括视频输出端口，以与外界播放设备连接，实现语音笔中的文件在播放设备中的展示。优选的，本实施例中采用mini-HDMI视频输出端口，如附图8所示。

具体的，本实用新型通过BCM43438 WiFi/蓝牙集成芯片所提供的网络连接，接收服务器所发送的信号，即从服务器下载音频与文本加载到内存中，由处理器对文件进行解码操作，然后将音频文件存储进入SD卡，当处理器发出指令后，RFID读取模块识别否有卡片插入，若存在卡片，则将文本信息写入到卡片中，否则提示用户插入卡片。

在本实用新型中，主板能够一直保持对RFID读取模块的唤醒与调用，主板通过1号针脚，提供3.3V的直流电压给RFID读取模块使其进行工作。图3展示了本实用新型儿童教学语音主板电路图

所述语音笔上设置有LED灯，以通过所述中央处理单元控制所述LED灯指示所述语音笔的工作状态。具体的，所述主板上搭载三枚RGB的LED，以指示语音笔的工作状态，具体的，当语音笔接收到语音信息开始录音时，绿色灯闪烁；当处于待机状态时，红色灯闪烁；当儿童使用语音笔进行NFC卡片的读取时，蓝色灯闪烁。

本实用新型的语音笔还具有按键，能够控制语音笔的开启和关闭。通过SPI串行接口与主板完成通信，按键通过GPIO 17与主板完成传输按键信息。

本实施例中的语音笔使用了RFID技术中的NFC近场通信技术，且本实施例中的语音笔搭载了先进的双mic设计，能够录制清晰的人声进行准确清晰的录音，也能够作为日常生活的语音笔使用。

本实施例的语音笔能够自定义的语音内容，将语音内容写入NFC卡片；如“汽车”，从文字转换为标准的普通话语音与英式美式英文教学。并将信息写入至nfc卡片，每次使用语音笔点读卡片时即可播放相关内容，同时，卡片可重复利用，语音笔还能够通过卡片读取书签，并播放一本书的内容，并且能够自动保存进度，当语音笔再次与卡片接触时，从该进度继续进行读取，卡片能够作为书签使用。

同时，语音笔搭载的人机交互模块采用现有常规人机交互模块即可，其能够与孩子完成日常对话和进行日常问题问答，拥有大量的词库和知识库作为储备，人机交互模块能够有效过滤不健康的内容，此功能为人机交互模块所自带，不是本实用新型的发明内容，因此不进行详细描述。语音笔内置人机交互模块还能够与终端进行通信，收集常见的声音库，在遇到生活常见词汇时，能够加上场景配音如合成汽车语音时，会自动加入汽车的喇叭声，存储于数据库中。

本实用新型具有如下有益效果：

(1)本实用新型用户能够自定义的语音内容，将语音内容写入NFC卡片；

(2)本实用新型的语音笔能够通过网络连接服务器，将通过语音处理模块所采集的语音传送至服务器，或是接收服务器所合成的标准普通话读音与文字写入到卡片中；

(3)本实用新型的语音笔能够通过蓝牙和WiFi接入家庭网关与网络，能够与米家，HOMEKIT等设备联动。

(4)本实用新型的语音笔搭载所的麦克风阵列，在儿童成长后仍可作为录音笔使用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种使用近场通信的儿童教学语音笔，所述语音笔能够与若干NFC卡进行通信；其特征在于，包括：中央处理单元、语音处理模块、存储模块、无线传输模块、射频通信模块、人机交互模块和电源；

所述射频通信模块包括RFID模块，所述RFID模块与NFC卡通信，以实现所述RFID模块与NFC卡之间的通信数据交换；

所述射频通信模块与所述中央处理单元连接，以实现所述RFID模块与所述中央处理单元之间的数据交换；

所述语音处理模块与所述中央处理单元连接，以实现所述语音处理模块与所述中央处理单元之间的语音数据交换；

所述无线传输模块与所述中央处理单元连接，以实现所述语音笔与终端之间的无线数据传输与交换；

所述人机交互模块与所述中央处理单元连接，以实现使用者与语音笔之间的人机交互；

所述存储模块与所述中央处理单元连接；

所述电源与所述中央处理单元连接。

2.根据权利要求1所述的一种使用近场通信的儿童教学语音笔，其特征在于，所述中央处理单元包括中央处理芯片。

3.根据权利要求1所述的一种使用近场通信的儿童教学语音笔，其特征在于，所述语音笔还包括OTG接口模块，所述OTG接口模块与外界设备连接，以实现所述语音笔与外界设备之间有线的数据传输与交换。

4.根据权利要求1所述的一种使用近场通信的儿童教学语音笔，其特征在于，所述语音笔还包括图像采集模块；

所述图像采集模块与所述中央处理单元连接，以实现所述图像采集模块与所述中央处理单元之间的图像或者视频数据交换。

5.根据权利要求1所述的一种使用近场通信的儿童教学语音笔，其特征在于，所述语音笔上设置有LED灯，以通过所述中央处理单元控制所述LED灯指示所述语音笔的工作状态。

6.根据权利要求1所述的一种使用近场通信的儿童教学语音笔，其特征在于，还包括视频输出端口，以与外界播放设备连接，实现语音笔中的文件在播放设备中的展示。

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