语音灯具开关控制电路的制作方法

本发明涉及语音灯具，特别是涉及一种可靠性高的语音灯具开关控制电路。

背景技术：

传统灯具控制器均是通过固定安装在墙上的开关和调光器来控制灯具的亮灭以及明暗。而在办公室或家居情况下，当人双手均拎、抱东西时，不方便去打开室内照明灯具开关；或当人正忙于办公，而此时房间照明亮度不足时，又不方便起身去调节亮度；或当人刚洗完手时，双手湿漉，此时去打开开关，又有引发触电的危险。因此，出现了声控开关，主要通过声波来控制灯具亮灭。但是在人多、活动频繁的场所极易产生误触发。因而声控开关目前市面仅运用于走廊等较少区域。而办公室、家居场所并无应用。而市面上的语音识别控制开关，大部分功能单一。且存在控制距离近、灵敏度低等问题，安装及维修也极不方便。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种可靠性高的多功能语音灯具开关控制电路。

一种语音灯具开关控制电路，包括语音采集模块、语音识别模块、语音录制模块及灯具控制模块；

所述语音录制模块用于存储原始语音数据；所述语音采集模块用于采集用户的语音控制指令，并将所述语音控制指令输出给所述语音录制模块；所述语音录制模块判断所述语音控制指令是否为已存储的语音数据，若是，则将所述语音控制指令输出给所述语音识别模块；所述语音识别模块用于识别所述语音控制指令并根据语音控制指令输出控制灯具工作状态的控制信号；所述灯具控制模块根据所述控制信号控制灯具点亮、熄灭或亮度调节。

在其中一个实施例中，所述灯具控制模块包括用于根据所述语音控制指令调节灯具亮度的调光模块及用于根据语音控制指令控制灯具点亮与熄灭的灯具 开关模块，所述语音识别模块连接所述调光模块和灯具开关模块。

在其中一个实施例中，所述调光模块包括电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电容C21、电容C22、电容C23、放大器U4及电压跟随器P1；

所述电阻R11一端电连接负载电源，另一端电连接放大器U4的电源端；所述电阻R12的一端电连接所述语音识别模块，另一端电连接所述电阻R13；所述电阻R13远离所述电阻R12的一端电连接所述放大器U4的INA+端；所述电容C21一端电连接所述电阻R12与所述电阻R13的公共连接点，另一端接地；所述电容C22一端电连接所述放大器U4的INA+端，另一端接地；

所述电阻R16一端电连接所述放大器U4的INB+端、另一端电连接所述放大器U4的INA-端和OUTA端；所述电阻R14两端分别电连接所述放大器U4的INB-端和OUTA端；所述电阻R15一端电连接所述放大器U4的INB-端，另一端接地；所述电容C23一端电连接所述放大器U4的OUTB端，另一端接地；所述电压跟随器P1的正极电连接所述放大器U4的OUTB端、负极接地。

在其中一个实施例中，所述灯具开关模块包括电阻R17、电阻R18、三极管Q2、二极管D1和继电器RL1；

所述电阻R17一端电连接所述语音识别模块，另一端电连接所述三极管Q2的基极；所述电阻R18一端电连接所述三极管Q2的基极，另一端接地；所述三极管Q2的发射极接地、集电极电连接所述二极管D1的正极，所述二极管D1的负极电连接负载电源；所述继电器RL1的电子线圈与所述二极管D1并联，所述继电器RL1的常开开关接灯具。

在其中一个实施例中，所述语音录制模块还包括预处理模块；所述预处理模块用于对接收的语音控制指令进行放大、采样、滤波、分帧和加窗处理。

在其中一个实施例中，所述语音录制模块在判断所述语音控制指令不是已存储的原始语音数据时，则录制所述语音控制指令并存储。

在其中一个实施例中，所述语音录制模块还包括数据优化模块，所述数据优化模块采用语音识别引擎所用的语音模式匹配方法，在已存储的原始语音数据中查找对应的基准语音数据，再进行对比并将识别因子更高的语音数据作为 最新的基准语音数据。

在其中一个实施例中，所述数据优化模块在采用语音识别引擎识别结果错误时，采用如下公式计算原始语音数据与对应基准语音数据的数据相关系数：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{xy}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(X_i-\stackrel{\‾}{X})(Y_i-\stackrel{\‾}{Y})}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(X_i-\stackrel{\‾}{X})}^2}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(Y_i-\stackrel{\‾}{Y})}^2}};$

其中，Xi为原始语音数据的第i个数据，为原始语音数据的平均值，Yi为基准语音数据的第i个数据，为基准语音数据的原始语音数据的数据平均值，N为原始语音数据和基准语音数据的总个数。

在其中一个实施例中，所述语音录制模块还包括系数判断模块，所述系数判断模块用于判断所述数据相关系数是否大于90％；若是，则修正所述数据优化模块采用语音识别引擎识别结果为正确；若否，则认为所述数据优化模块采用语音识别引擎识别结果为错误。

上述语音灯具开关控制电路通过语音采集模块采集用户的语音控制指令，并将语音控制指令输出语音录制模块，在语音录制模块判断为已存储的语音数据后。再由语音识别模块根据语音控制指令控制灯具的工作状态。具体的，若语音识别模块识别出语音控制指令为点亮或熄灭灯具时，则控制灯具控制模块点亮或熄灭灯具。若识别出语音控制指令为调节灯具亮度时，则控制灯具控制模块对灯具的亮度的进行调节。由于采用语音录制模块存储语音数据，因此能够避免干扰语音指令对灯具发出控制指令。因而，能够提供语音控制的可靠性且实现灯具的开关及调光功能。

附图说明

图1为语音灯具开关控制电路的模块图；

图2为灯具控制模块的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，为语音灯具开关控制电路的模块图。

一种语音灯具开关控制电路，包括语音采集模块101、语音识别模块102、语音录制模块103及灯具控制模块104。

所述语音录制模块103用于存储原始语音数据；所述语音采集模块101用于采集用户的语音控制指令，并将所述语音控制指令输出给所述语音录制模块103；所述语音录制模块103判断所述语音控制指令是否为已存储的语音数据，若是，则将所述语音控制指令输出给所述语音识别模块102；所述语音识别模块102用于识别所述语音控制指令并根据语音控制指令输出控制灯具工作状态的控制信号；所述灯具控制模块104根据所述控制信号控制灯具点亮、熄灭或亮度调节。

语音采集模块101包括语音采集芯片U1。

灯具控制模块104包括用于根据所述语音控制指令调节灯具亮度的调光模块105及用于根据语音控制指令控制灯具点亮与熄灭的灯具开关模块106，所述语音识别模块102连接所述调光模块105和灯具开关模块106。

请结合图2。

调光模块105包括电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电容C21、电容C22、电容C23、放大器U4及电压跟随器P1。

所述电阻R11一端电连接负载电源，另一端电连接放大器U4的电源端；所述电阻R12的一端电连接所述语音识别模块102，另一端电连接所述电阻R13；所述电阻R13远离所述电阻R12的一端电连接所述放大器U4的INA+端；所述电容C21一端电连接所述电阻R12与所述电阻R13的公共连接点，另一端接地；所述电容C22一端电连接所述放大器U4的INA+端，另一端接地。

所述电阻R16一端电连接所述放大器U4的INB+端、另一端电连接所述放大器U4的INA-端和OUTA端；所述电阻R14两端分别电连接所述放大器U4的INB-端和OUTA端；所述电阻R15一端电连接所述放大器U4的INB-端，另一端接地；所述电容C23一端电连接所述放大器U4的OUTB端，另一端接地；所述电压跟随器P1的正极电连接所述放大器U4的OUTB端、负极接地。

灯具开关模块106包括电阻R17、电阻R18、三极管Q2、二极管D1和继电器RL1。

所述电阻R17一端电连接所述语音识别模块102，另一端电连接所述三极管Q2的基极；所述电阻R18一端电连接所述三极管Q2的基极，另一端接地；所述三极管Q2的发射极接地、集电极电连接所述二极管D1的正极，所述二极管D1的负极电连接负载电源；所述继电器RL1的电子线圈与所述二极管D1并联，所述继电器RL1的常开开关接灯具。

语音录制模块103还包括预处理模块；所述预处理模块用于对接收的语音控制指令进行放大、采样、滤波、分帧和加窗处理。

语音录制模块103在判断所述语音控制指令不是已存储的原始语音数据时，则录制所述语音控制指令并存储。

语音录制模块103还包括数据优化模块，所述数据优化模块采用语音识别引擎所用的语音模式匹配方法，在已存储的原始语音数据中查找对应的基准语音数据，再进行对比并将识别因子更高的语音数据作为最新的基准语音数据。

数据优化模块在采用语音识别引擎识别结果错误时，采用如下公式计算原始语音数据与对应基准语音数据的数据相关系数：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{xy}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(X_i-\stackrel{\‾}{X})(Y_i-\stackrel{\‾}{Y})}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(X_i-\stackrel{\‾}{X})}^2}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(Y_i-\stackrel{\‾}{Y})}^2}};$

其中，Xi为原始语音数据的第i个数据，X为原始语音数据的平均值，Yi为基准语音数据的第i个数据，Y为基准语音数据的原始语音数据的数据平均值，N为原始语音数据和基准语音数据的总个数。

语音录制模块103还包括系数判断模块，所述系数判断模块用于判断所述数据相关系数是否大于90％；若是，则修正所述数据优化模块采用语音识别引擎识别结果为正确；若否，则认为所述数据优化模块采用语音识别引擎识别结果为错误。

具体的，语音录制模块103的工作原理如下：

首先需要对进行语音录制训练。步骤一，特定用户发出语音信号，语音采集模块101采集语音数据并进行预处理，先经过放大器放大语音信号，然后将模拟语音信号进行采样编码，形成数字信号，再进行滤波、分帧和加窗处理， 方便后面的语音特征提取和语音识别。

步骤二，然后将采集的原始语音信号存入语音数据缓存模块，等待下一次语音采集信号。步骤三，若下次无语音信号输入对比，则不保存原始语音信号，需重新录制控制语音。若有语音信号输入，则与上次原始语音信号进行对比分析，如相同，则更新语音数据缓存为最新语音信号并记录更新次数。如不同，则执行步骤二。步骤四，若更新语音信号次数达到设定值，则将语音数据缓存移到基准语音数据库覆盖原有基准语音控制词条；若无达到则继续执行步骤三。

此训练模式根据不同的语音识别引擎结果选择相应的处理方式，从而优化基准数据库或修复识别结果，提高系统的识别率，具体按以下进行：

A、对于语音信号的识别引擎的结果正确的，以采集到的语音数据的声学特征和基准语音数据的声学特征为对象，采用语音识别引擎所用的语音模式匹配方法，在基准语音数据库寻找到对应基准语音数据，然后进过对比计算，将识别因子更高的作为最新的基准语音数据。

B、对于识别引擎识别结果错误的，计算改原始语音数据与对应基准语音数据的原始数据相关系数，依据计算结果进行修复。规则如下：如相关系数大于90％，则修正结果判定为正确；如其相关系数小于90％,则识别结果判定为错误。所以特定人多次发出同一识别词，重复上面四个步骤，可以不断更新基准语音数据，使其趋于最优，可以提高识别辨识率。

基于上述所有实施例，语音灯具开关控制电路的工作原理如下：

语音采集芯片U1采集用户的语音控制指令，采集的语音控制指令经滤波后输出给语音录制模块103，若语音录制模块103判断为已存储的语音数据，则将语音控制指令输出给语音识别模块102。从而语音识别模块102对语音控制指令进行识别。若识别出的语音控制指令为调光指令，则语音识别模块102输出调光控制信号到电阻R12。调光控制信号经两个RC积分电路后，再由放大器U4进行放大，最后控制灯具的电压进而达到调光的效果。若识别出的语音控制指令为点亮或熄灭灯具指令时，则语音识别模块102输出点亮或熄灭灯具指令到电阻R17。点亮或熄灭灯具控制信号经由电阻R17、电阻R18分压后驱动三极管Q2导通或断开。从而控制继电器RL1的导通或断开，进而控制灯具的点亮 或熄灭。

具体的，当语音采集芯片U1接收到语音控制命令，先经预处理、特征提取及匹配计算，将与特征矢量相似度最高的结果输出给语音录制模块103或扬声器。然后通过手动按键开关S1控制灯具开关及调光。

语音识别模块102输出频率f＝200Hz、幅值Vp-p＝3.3V方波。先经过RC积分电路得到一个平缓的直流电压。要求RC时间常数>10T＝2s，因需要转换为1～10V调光信号，故积分后的信号需经同相比例运算放大器U4放大3倍得到一个调光电压信号。

语音识别模块102输出高低电平驱动三极管Q2控制继电器RL1闭合或断开。

当语音识别结果为“开灯”：则语音识别模块102的P21输出高电平驱动三极管Q2使继电器RL1闭合而实现开灯功能，同时语音识别模块102的P20输出一个幅值Vpp＝3.3V，占空比D＝70％方波，经两级RC积分得到一个2.3V直流电压，再经同向比例放大器U4放大3倍得到一个7V调光电压，使开灯亮度在70％。

当语音识别结果为“关灯”：则语音识别模块102的P 21输出低电平驱动三极管Q2截止使继电器RL1断开而实现关灯功能。

当语音识别结果为“亮一点”或“暗一点”：则语音识别模块102的P20输出占空比不同的方波，经两级RC积分与放大器U4得到调光电压信号。调光模块105共设三档(30％，70％，100％)调光，每次在存储模块不断电情况下开灯亮度为上次关灯记录值。当调光到最低或最高亮度时，扬声器输出语音提示“已经最暗”或“已经最亮”。

手动按键控制：短按(约0.2S)开关S1，则语音识别模块102的P21输出高电平驱动三极管Q2使继电器RL1闭合而开灯；再次短按轻触开关S1，则语音识别模块102的P21输出低电平驱动三极管D2截止使继电器RL1断开而关灯。长按(大于1S)开关S1则语音识别模块102的P20输出控制信号，控制PWM的占空比调大，再次长按则将PWM的占空比调小，从而达到改变灯具的负载电压大小，实现线性无极调光。

上述语音灯具开关控制电路通过语音采集模块101采集用户的语音控制指令，并将语音控制指令输出语音录制模块103，在语音录制模块103判断为已存储的语音数据后。再由语音识别模块102根据语音控制指令控制灯具的工作状态。具体的，若语音识别模块102识别出语音控制指令为点亮或熄灭灯具时，则控制灯具控制模块104点亮或熄灭灯具。若识别出语音控制指令为调节灯具亮度时，则控制灯具控制模块104对灯具的亮度的进行调节。因而，能够实现灯具的开关及调光功能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。