一种基于语音识别的智能联动燃气灶具及智能联动方法与流程

1.本发明涉及机电控制技术领域，具体涉及一种基于语音识别的智能联动燃气灶具及智能联动方法。


背景技术：

2.烹饪过程中需要根据食材的数量和材质进行火候调节，燃气灶具的火力调节采用人工方式干预。同时，由于烹饪手法复杂、不同调味品和食材投入的时机要求苛刻，会对各种并行操作的协调性有较高要求。尤其是需要同一个人同时兼顾多个灶眼的火力变化的工作场景。烹饪过程始终处于烟气弥漫环境，对人员心肺功能存在潜在伤害，烹饪过程中也需要针对烟气的弥漫浓度和弥漫速度调整抽油烟机的功率。满足空气质量的同时降低能耗是一种调节预期。
3.现有技术中，简单背景环境的语音识别技术相对成熟，利用语音形成控制信号进行机电控制具有技术基础。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本发明实施例提供一种基于语音识别的智能联动燃气灶具及智能联动方法，解决现有烹饪操作过程复杂，操作协调性要求高的技术问题。
5.本发明实施例的基于语音识别的智能联动燃气灶具，包括：
6.拾音麦克风阵列，用于设置在燃气灶具上，建立面向操作人员方向的拾音区域，采集拾音区域内的音频信号；
7.无线链路适配模块，用于分别设置在燃气灶具和配套烟机上，在燃气灶具和烟机加电时形成传输联动控制数据的无线数据传输通道；
8.灶具联动信号处理装置，用于设置在燃气灶具上，进行语音信号识别将语音信号转换为联动控制指令形成灶眼火力和烟机功率的自动控制过程；
9.烟机联动信号处理装置，用于设置在烟机上，根据联动控制指令形成烟机电机的功率控制信号。
10.本发明一实施例中，所述拾音麦克风阵列包括三个拾音麦克风阵列，第一拾音麦克风阵列的麦克风沿前后方向设置在燃气灶台的左侧，第二拾音麦克风阵列与第一拾音麦克风阵列成轴对称方式设置在燃气灶台的右侧，第三拾音麦克风阵列沿左右方向设置在燃气灶台的前端。三个拾音麦克风阵列的拾音方向平行指向燃气灶台的前上方，覆盖操作人员上半身；第三拾音麦克风阵列中采用电容麦克风，电容麦克风极性方向图呈心形状；第一拾音麦克风阵列中前部采用电容麦克风电容麦克风极性方向图呈心形状，第一拾音麦克风阵列中后部采用驻极体麦克风。
11.本发明实施例的基于语音识别的灶具烟机智能联动方法，在燃气灶具信号处理装置中形成的智能联动过程，包括：
12.接收拾音麦克风阵列采集的环境音频信号进行环境噪声处理获得拾音区域内语
音片段；
13.根据预置的语音指令样本库对语音片段进行匹配，确定语音指令；
14.根据语音指令量化火力控制目的数据，根据当前火力状态结合火力控制目的数据形成火力调节数据；
15.根据火力调节数据驱动灶眼传动电机控制风门开度或燃气阀流量。
16.本发明一实施例中，在所述燃气灶具信号处理装置中形成的智能联动过程，还包括：
17.根据火力调节数据形成烟机联动控制数据，将烟机联动控制数据通过无线数据传输通道转发；
18.在烟机联动信号处理装置中形成的智能联动过程，包括：
19.通过无线数据传输通道接收烟机联动控制数据形成烟机风力控制信号，驱动烟机电机调整功率输出；
20.当无线数据传输通道失效时，触发对联动过程的异常提示。
21.本发明一实施例中，所述接收拾音麦克风阵列采集的环境音频信号进行环境噪声处理获得拾音区域内语音片段，包括：
22.接收拾音麦克风阵列采集的环境音频信号，形成拾音麦克风阵列采集的时域同步的音频信号矩阵；
23.利用音频信号矩阵对不同位置和类型麦克风的音频信号进行信号差分对比形成时域降噪信号矩阵；
24.利用时域降噪信号矩阵进行各并行音频信号的小波变换，形成频域响应特征矩阵；
25.根据频域响应特征矩阵内矩阵元素间的匹配和加权比较确定同一操作人员本发明一实施例中，所述根据预置的语音指令样本库对语音片段进行匹配，确定语音指令，包括：
26.讲语音片段与预置的语音指令样本库进行匹配，确定人声语音片段中的控制对象关键词、控制方向关键词、控制力度关键词和控制期望关键词；
27.根据预置语法逻辑处理将关键词形成语音指令。
28.本发明一实施例中，所述根据语音指令量化火力控制目的数据，根据当前火力状态结合火力控制目的数据形成火力调节数据，包括：
29.根据语音指令与指令控制数据的预置映射关系库，将语音指令中的关键词转换为火力控制目的数据；
30.根据反馈信号确定执行机构当前火力状态，在当前火力状态基础上根据火力控制目的数据形成改变当前火力状态的火力调节数据。
31.本发明一实施例中，所述根据火力调节数据形成烟机联动控制数据，将烟机联动控制数据通过无线数据传输通道转发，包括：
32.根据火力调节数据中火力调节的量化强度形成对应的烟机风机功率调节数据；
33.根据语音指令与指令控制数据的预置映射关系库，将语音指令中的关键词转换为烟机风机功率调节数据或灯光亮度调节数据；
34.将烟机风机功率调节数据和/或灯光亮度调节数据通过无线数据传输通道转发；
35.根据无线数据传输通道的失效状态反馈为失效时，进行烟机运行状态的报警提示。
36.本发明一实施例中，所述当无线数据传输通道失效时，触发对联动过程的异常提示，包括：
37.当无线数据传输通道的失效状态反馈为失效时，将烟机电机功率降至设定低功率输出，并触发对联动过程的异常提示。
38.本发明实施例的基于语音识别的智能联动燃气灶具及智能联动方法利用语音识别技术获取烹饪过程中的人在控制信号，并为形成预期的火力联动控制过程和烟机联动控制过程提供了硬件基础。使得基于语音识别的智能联动燃气灶具适用范围广泛。在集中厨房或大型厨房中，进过适应性改装可以快速实现。
附图说明
39.图1所示为本发明一实施例基于语音识别的智能联动燃气灶具的架构示意图。
40.图2所示为本发明一实施例基于语音识别的智能联动燃气灶具中拾音麦克风阵列的设置示意图。
41.图3所示为本发明一实施例基于语音识别的智能联动方法的流程示意图。
具体实施方式
42.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。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，都属于本发明保护的范围。
43.本发明一实施例基于语音识别的智能联动燃气灶具如图1所示。在图1中，本实施例包括：
44.拾音麦克风阵列10，用于设置在燃气灶具上，建立面向操作人员方向的拾音区域，采集拾音区域内的音频信号。
45.本领域技术人员可以理解，采用拾音麦克风阵列进行音频采集可以利用各麦克风获得并行的声音采样信号，进而通过基础信号处理过程获得较干净的语音信号。利用驻极体麦克风获得较好的低频衰减，可以减少低频强声的灵敏度。利用电容麦克风指向特性，获得全向、半圆形、心形和8字形的指向特征可以选择。通过根据麦克风特性设置拾音阵列，可以获得覆盖燃气灶具当前烹饪人员的拾音区域。
46.无线链路适配模块20，用于分别设置在燃气灶具和配套烟机上，在燃气灶具和烟机加电时形成传输联动控制数据的无线数据传输通道。
47.无线链路适配模块包括成对配置的无线传输模块，包括但不限于成对的wifi、蓝牙、zigbee或2.4ghz无线传输技术等近距离无线传输模块。无线数据传输通道的建立可以根据预设匹配数据(例如密码、热点、频段、带宽等)在加电过程中形成。
48.在本发明一实施例中，无线数据传输通道的失效状态可以作为烟机电机功率控制的一种低速节能状态的触发信号。配套烟机位于燃气灶具上方，具有功率可调和照明亮度分段功能。
49.灶具联动信号处理装置30，用于设置在燃气灶具上，进行语音信号识别将语音信号转换为联动控制指令形成灶眼火力和烟机功率的自动控制过程。
50.燃气灶具信号处理装置可以采用dsp(digital signal processor)数字信号处理器、fpga(field-programmable gate array)现场可编程门阵列、mcu(microcontroller unit)系统板、soc(system on a chip)系统板或包括i/o的plc(programmable logic controller)最小系统。
51.燃气灶具信号处理装置具有数据处理、数据存储和数据多端口分发的基本功能。同时，燃气灶具信号处理装置具有数据输出端口用于与无线数据传输通道连接、具有模数转换输入端口用于接收模拟音频信号进行数码转换和功率信号输出端口用于驱动火眼的传动电机调整风门状态或调整燃气阀流量。风门传动电机的机电传动结构基于通用技术手段实现。
52.烟机联动信号处理装置40，用于设置在烟机上，根据联动控制指令形成烟机电机的功率控制信号。
53.烟机联动信号处理装置可以采用dsp(digital signal processor)数字信号处理器、fpga(field-programmable gate array)现场可编程门阵列、mcu(microcontroller unit)系统板、soc(system on a chip)系统板或包括i/o的plc(programmable logic controller)最小系统。烟机联动信号处理装置具有数据处理、数据存储和数据多端口分发的基本功能。同时，燃气灶具信号处理装置具有功率信号输出端口用于向烟机电机驱动电路输出根据联动控制指令形成的功率控制信号。功率控制信号作为常规烟机电机驱动电路中的功率调节输入信号控制烟机电机。
54.在本发明一实施例中，也可以采用通过编码电路连接烟机联动信号处理装置的数据输出端口，编码电路连接功率放大电路，功率放大电路连接烟机电机的驱动电路。编码电路和功率放大电路基于通用技术手段实现，编码电路用于将数据转换为连续脉冲或特定波形，功率放大电路用于根据连续脉冲或特定波形进行信号放大形成驱动信号驱动烟机电机。
55.本发明实施例的基于语音识别的智能联动燃气灶具为利用语音识别技术获取烹饪过程中的人在控制信号，并形成预期的火力联动控制过程和烟机联动控制过程提供了硬件基础。使得基于语音识别的智能联动燃气灶具适用范围广泛。在集中厨房或大型厨房中，进过适应性改装可以快速实现。
56.本发明一实施例拾音麦克风阵列的设置如图2所示。在图2中，包括三个拾音麦克风阵列，第一拾音麦克风阵列11的麦克风沿前后方向设置在燃气灶台的左侧，第二拾音麦克风阵列12与第一拾音麦克风阵列成轴对称方式设置在燃气灶台的右侧，第三拾音麦克风阵列13沿左右方向设置在燃气灶台的前端。三个拾音麦克风阵列的拾音方向平行指向燃气灶台的前上方，覆盖操作人员上半身。第三拾音麦克风阵列中采用电容麦克风，电容麦克风极性方向图呈心形状。第一拾音麦克风阵列中前部采用电容麦克风电容麦克风极性方向图呈心形状，第一拾音麦克风阵列中后部采用驻极体麦克风。
57.本发明实施例的基于语音识别的智能联动燃气灶具利用拾音麦克风阵列的优化设置，利用电容麦克风方向性特性，形成有利于语音音频采集的拾音区域，满足对当前操作人员语音采集的有效覆盖，利用驻极体麦克风低频衰减特性形成对环境音的过滤采集。通
过拾音麦克风阵列形成并行的声音采集通道，形成了时域中相同音源的多角度音频采集数据，使得音频采集数据的同源信号的频率信息丰富化，为噪音衰减提供了信号比较基础，为语音信号识别提供了良好的频率信息基础。
58.本发明一实施例基于语音识别的灶具烟机智能联动方法如图3所示。在图3中，在燃气灶具信号处理装置30中形成的智能联动过程，包括：
59.步骤100：接收拾音麦克风阵列采集的环境音频信号进行环境噪声处理获得拾音区域内语音片段。
60.烹饪过程中器具敲击声、食材加热声、液体受热膨胀声、远方嘈杂人声等一系列工作环境声音形成环境噪声，与控制目的的人声混合形成环境音频信号。环境噪声处理的目的是通过技术手段还原控制目的的人声语音。
61.步骤200：根据预置的语音指令样本库对语音片段进行匹配，确定语音指令。
62.通过建立语音指令的标准语音样本，形成语音匹配基准。同时，根据语音指令的标准语音样本对应指令的控制数据，形成语音-指令-控制数据的关联映射。
63.步骤300：根据语音指令量化火力控制目的数据，根据当前火力状态结合火力控制目的数据形成火力调节数据。
64.语音指令根据映射数据获取指令的火力控制目的方向，例如是增加火力还是降低火力。当前火力状态是根据机电控制结构的反馈信号获得当前控制状态，例如根据灶眼传动电机带动风门转角或带动燃气阀流量反馈的流量大小等状态反馈，反馈信号还可以利用机电控制结构中惯用的编码器、电机伺服矢量信号等反馈当前活力状态。火力调节数据通过在当前火力状态基础上叠加以火力控制目的为控制方向的增量或减量数据形成。增量或减量数据可以是关联映射中的预置控制数据。
65.步骤400：根据火力调节数据驱动灶眼传动电机控制风门开度或燃气阀流量。
66.灶眼火力控制信号可以是根据火力调节数据形成的数字脉冲信号，对灶眼传动电机进行步进或伺服控制。根据火力控制调节数据可以形成符合控制目的的火力增加或减少，也可以形成当前火力的保持。
67.步骤500：根据火力调节数据形成烟机联动控制数据，将烟机联动控制数据通过无线数据传输通道转发。
68.火力调节数据包括火力控制方向数据和增量或减量数据。根据火力控制方向数据和增量或减量数据可以根据关联映射形成烟机联动控制数据中烟机相对控制目的方向和烟机电机转速的相对增量或相对减量数据。烟机联动控制数据通过无线数据传输通道传输时，无线数据传输通道的失效状态可以作为烟机失联的报警触发条件，以形成对联动过程的异常提示。
69.本发明实施例的基于语音识别的灶具烟机智能联动方法提供了语音与燃气灶具的控制联动，同时根据燃气灶具的控制联动形成烟机的对应控制联动。使得操作人员从烹饪过程的复杂工序中解放出来，可以实现更专注地专业烹饪过程。
70.如图3所示，在本发明一实施例中，在烟机联动信号处理装置40中形成的智能联动过程，包括：
71.步骤600：通过无线数据传输通道接收烟机联动控制数据形成烟机风力控制信号，驱动烟机电机调整功率输出。
72.烟机风力控制信号可以是根据烟机联动控制数据形成的数字脉冲信号，对烟机电机进行步进或伺服控制。
73.步骤700：当无线数据传输通道失效时，触发对联动过程的异常提示。
74.通过采集无线数据传输通道的失效状态可以作为一种燃气灶具关闭的状态反馈，也可以作为燃气灶具失联的报警触发条件，两者都需要人工介入。
75.本发明实施例的基于语音识别的灶具烟机智能联动方法烟机功率随动燃气灶具火力的变化，有效降低空气污染。同时利用无线数据传输通道的失效状态形成对燃气灶具停止使用和通信故障的简单判断和基本的空气净化保护机制，促进人为介入，使得烹饪完成前后的操作规范性和安全性得以获得提示和保证。
76.如图3所示，在本发明一实施例中，步骤100包括：
77.步骤110：接收拾音麦克风阵列采集的环境音频信号，形成拾音麦克风阵列采集的时域同步的音频信号矩阵。
78.音频信号矩阵反映拾音麦克风阵列在拾音区域的设置位置和拾音麦克风阵列中麦克风的设置类型采集的同步音频信号。每个矩阵元素反映一个确定位置的麦克风对拾音区域音源进行音频信号采集时包含的音频特征差异。
79.步骤120：利用音频信号矩阵对不同位置和类型麦克风的音频信号进行信号差分对比形成时域降噪信号矩阵。
80.受麦克风在拾音区域的位置布设差异和麦克风频响类型影响，时域降噪信号矩阵中的每个矩阵元素反映一个确定位置的麦克风对距拾音区域较远的噪音信号过滤后的音频采集信号。但是该音频采集信号对距拾音区域较近的与操作人员发声位置接近的人声缺乏足够的分辨能力。
81.步骤130：利用时域降噪信号矩阵进行各并行音频信号的小波变换，形成频域响应特征矩阵。
82.频域响应特征矩阵中的每个矩阵元素对应时域降噪信号矩阵中的每个矩阵元素。每个时域的矩阵元素通过连续小波变换可以形成单一麦克风针对同一操作人员发音距离、发音音调和发音频率的频率分布特征。
83.步骤140：根据频域响应特征矩阵内矩阵元素间的匹配和加权比较确定同一操作人员声音频响特征，并通过逆变换确定拾音区域内语音片段。
84.如图3所示，在本发明一实施例中，步骤200包括：
85.步骤210：讲语音片段与预置的语音指令样本库进行匹配，确定人声语音片段中的控制对象关键词、控制方向关键词、控制力度关键词和控制期望关键词。
86.语音指令样本库中控制对象关键词包括但不限于“火”、“火力”、“温度”、“风”、“风量”、“抽风”、“烟”、“烟气”和“灯光”等具体的控制对象和抽象的对象词汇。控制方向关键词包括但不限于“加大”、“大点”和“减小”和“小点”等具体的方向词汇。控制力度关键词包括但不限于“百分比数量”和“比例数量”等力度词汇。控制期望关键词包括但不限于“太大”、“太小”、“文(小)火”、“武(大)火”和“时间长度”等期望词汇。例如“这火力还得大百分之二十”经关键词匹配，获得“火力”、“大”、“百分之”、“二十”的关键词。
87.步骤220：根据预置语法逻辑处理将关键词形成语音指令。
88.本领域技术人鱼可以理解，语法逻辑根据语言特点、语法结构和词性变化规律将
口语化人声语音片段中可识别的语音指令关键词形成符合通用表达的语音指令。例如“这火力还得大百分之二十”根据语法逻辑处理将关键词形成语音指令为“火力
”‑“
增大
”‑“
20％”。
89.如图3所示，在本发明一实施例中，步骤300包括：
90.步骤310：根据语音指令与指令控制数据的预置映射关系库，将语音指令中的关键词转换为火力控制目的数据。
91.预置映射关系库包括各控制关键词对应的指令控制数据。通过关键词间的逻辑组合形成具体的火力控制目的数据。例如“火力”与灶眼传动电机形成映射，“增大”与正向调整信号输出形成映射，“20％”与变化系数形成映射，使得火力控制目的数据表达为：灶眼传动电机输出增加20％。
92.步骤320：根据反馈信号确定执行机构当前火力状态，在当前火力状态基础上根据火力控制目的数据形成改变当前火力状态的火力调节数据。
93.当前火力状态通过反馈信号量化。在当前火力状态量化的基础上根据火力控制目的数据形成实现火力控制目的火力调节数据。火力调节数据包括对应灶眼火力的机电控制结构中的火力控制调节数据。火力控制调节数据包括机电控制数据和控制时长。
94.如图3所示，在本发明一实施例中，步骤500包括：
95.步骤510：根据火力调节数据中火力调节的量化强度形成对应的烟机风机功率调节数据。
96.形成自动适应灶眼火力热量的烟机风机功率调节数据。
97.步骤520：根据语音指令与指令控制数据的预置映射关系库，将语音指令中的关键词转换为烟机风机功率调节数据或灯光亮度调节数据。
98.根据语音指令中的风机单独控制或风机灯光单独控制目的形成烟机风机功率调节数据或灯光亮度调节数据。
99.步骤530：将烟机风机功率调节数据和/或灯光亮度调节数据通过无线数据传输通道转发。
100.步骤540：根据无线数据传输通道的失效状态反馈为失效时，进行烟机运行状态的报警提示。
101.在烹饪过程中，持续利用无线数据传输通道的失效状态判断烟机工作状态。
102.如图3所示，在本发明一实施例中，步骤600包括：
103.步骤610：根据烟机联动控制数据形成烟机风力控制信号。
104.步骤620：根据灯光亮度调节数据形成烟机灯光控制信号。
105.如图3所示，在本发明一实施例中，步骤700包括：
106.步骤710：当无线数据传输通道的失效状态反馈为失效时，将烟机电机功率降至设定低功率输出，并触发对联动过程的异常提示。
107.在烹饪过程中，持续利用无线数据传输通道的失效状态判断燃气灶具工作状态。
108.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。