本发明涉及电子技术领域，特别是一种led灯控制系统。
背景技术
随着各种智能设备、移动终端设备技术的发展，越来越多的产品都朝向智能化发展，例如早就已经提出的基于物联网的智能家电等设备。现在各种家电都已经具有联网功能，以通过智能设备对家店进行控制，以方便使用者。现有的各种智能照明设备一般都是采用简单的定时器一类的电器元件，其控制逻辑就极其简单，无法适应当前使用者的要求。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明实施例的目的是提供一种能够连接智能设备以接受智能设备控制的led灯控制系统。
为了实现上述目的，本发明实施例提出了一种led灯控制系统，其特征在于，包括控制端和led灯，其中，
所述led灯包括led灯珠和主控电路板，所述主控电路板包括：主控芯片、led驱动电路、电源管理电路、光敏模块、蓝牙模块、热释电模块；
其中所述led驱动电路为pwm调光电路以通过调整脉冲周期内脉冲方波的占空比来实现等效模拟电压输出的；其中所述pwm调光电路包括pnp三极管，所述pnp三极管的基极连接主控芯片的输出端，发射极连接参考电压，集电极连接led灯珠；当主控芯片输出低电平时三极管将信号放大并输送到led灯珠，当主控芯片输出高电平时三极管截止以使所有led灯珠熄灭；
其中所述光敏模块用于检测外界的亮度以控制led灯珠亮度，所述光敏模块包括光敏电阻、a/d转换芯片；其中所述光敏电阻连接分压电阻，并通过a/d转换芯片连接主控芯片，以使主控芯片根据光敏电阻测量的外界亮度控制led灯珠；其中所述a/d转换芯片可以为adc0832芯片；
其中热释电模块用于检测红外特征以确定是否有人；所述热释电模块包括hc-sr501热释电红外线传感器和biss0001信号处理芯片，所述hc-sr501热释电红外线传感器通过biss0001信号处理芯片连接主控芯片以使主控芯片根据hc-sr501热释电红外线传感器检测结果控制led灯珠；
所述控制端包括控制模块、语音信号模块、手动控制信号模块、蓝牙模块；其中所述语音信号模块、手动控制信号模块都连接控制模块，且控制模块通过蓝牙模块连接led灯以根据手动控制信号模块或语音信号模块收到的用户指令控制所述led灯工作。
其中所述语音信号模块用于执行以下操作：
对接收到的语音进行预处理并滤除噪音，然后进行端点检测、特征参数提取；对于提取出的特征通过模板库中的模板进行匹配以输出决策；其中模板库是根据提取出的特征进行训练获得的；其中，
预处理包括：利用预设的时间窗对语音信号进行重叠分帧，其中重叠分帧是指相邻的两个帧的一部分相互重叠；强化语音信号抽样附近的波形并弱化其他部分；利用汉明窗作为窗函数对语音信号进行加窗处理；
信号去噪包括：利用谱减法对语音信号进行去噪，具体包括：
设s(t)为纯净语音，n(t)为噪声信号，y(t)为带噪语音，则有：
y(t)＝s(t)+n(t)(式1)
用y(ω)、s(ω)、n(ω)分别表示y(t)、s(t)、n(t)的傅里叶变换，则可得：
y(ω)＝s(ω)+n(ω)(式2)
由于假定信号与加性噪声是相互独立的，则有：
|y(ω)|＝|s(ω)|+|n(ω)|(式3)
如果用py(ω)、ps(ω)、pn(ω)分别表示y(t)、s(t)、n(t)的功率谱，则有：
py(ω)＝ps(ω)+pn(ω)(式4)
由于平稳噪声的功率谱在发声前和发声期间可以认为基本无变化，这样可估计出功率谱pn(ω)：
ps(ω)＝py(ω)+pn(ω)(式5)；
其中端点检测包括：
定义语音信号x(n)分帧后得到第i帧语音信号yi(n)；则第i帧语音信号yi(n)的短时能量公式为
过零率公式则表示样本数值改变符号的次数，同样定义语音信号x(n)分帧后得到第i帧语音信号yi(n)；其过零率公式为
式中sgn[]是符号函数
其中特征参数提取包括：采用语音特征梅尔倒谱系数mfcc来提取特征参数，具体包括：
对输入的语音信号进行分帧、加窗，然后作离散傅立叶变换，获得频谱分布信息；设语音信号的dft为：
式中x(n)为输入的语音信号，n表示傅立叶变换的点数；
求频谱幅度的平方，得到能量谱；
将能量谱通过一组mel尺度的三角形滤波器组；
定义一个有m个滤波器的滤波器组(滤波器的个数和临界带的个数相近)，中心频率为f(m，m＝1，2，..m)，设计取m＝24；各f(m)之间的间隔随着m值的减小而缩小，随着m值的增大而增宽。
三角滤波器的频率响应定义为：
其中
计算每个滤波器组输出的对数能量：
经离散余弦变换(dct)得到mfcc系数：
其中语音信号匹配包括：
利用dtw算法将时间规整和距离测度计算结合起来进行非线性规整，它寻找一个规整函数im＝φ(in)，将测试矢量的时间轴n非线性地映射到参考模板的时间轴m上，并使该函数满足：
其中d为处于最优时间规整情况下两矢量的距离。
其中所述pwm调光电路通过以下方式调整脉冲周期内脉冲方波的占空比：
该pwm调光电路的导通时间为ton，根据预设的时间间隔将该导通时间ton分为n份，且每一份对应定时器的一个中断；所述pwm调光电路通过预设变量计数来计时以产生所需的占空比。
其中热释电模块具体包括：
热释电红外传感器pir的d管脚通过电阻r2和电容c102接地，并通过电阻r2和电阻r1连接信号处理芯片u4的第11管脚vcc和第8管脚ver/r；s管脚和g管脚通过并联的电容c2和电阻r5连接，且s管脚通过电阻r4连接信号处理芯片u4的第14管脚l+，且电容c103和电阻r8串联、电容c5和电容c9串联后，两电路并联后连接热释电红外传感器pir的g管脚和信号处理芯片u4的第15管脚l-；其中信号处理芯片u4的第1管脚a连接插接件jp1的管脚2；第2管脚out通过电阻r14连接插接件jp2的管脚2；第3管脚tr通过电阻r13、可变电阻rt1、电容cy1连接热释电红外传感器pir的g管脚、稳压管7133-1的gnd管脚、插接件jp2的管脚3；第4管脚tc连接可变电阻rt1的控制端和电容cy1；第5管脚enc通过电容cy2连接热释电红外传感器pir的g管脚、稳压管7133-1的gnd管脚、插接件jp2的管脚3；第6管脚enr通过电阻r33连接电容cy2；第7管脚vss连接热释电红外传感器pir的g管脚、稳压管7133-1的gnd管脚、插接件jp2的管脚3；第8管脚ver/r连接稳压管7133-1的out管脚、插接件jp1的管脚1；第9管脚inh连接通过光探测器的去噪声电路cds1连接热释电红外传感器pir的g管脚、稳压管7133-1的gnd管脚、插接件jp2的管脚3；第10管脚afi通过电阻r32连接热释电红外传感器pir的g管脚、稳压管7133-1的gnd管脚、插接件jp2的管脚3；第11管脚vcc通过电阻r2和电阻r1连接热释电红外传感器pir的d管脚；第12管脚2o连接可变电阻rl2和电阻r6、r7、并联的电阻r10和电容c4、电容c104连接第16管脚io，其中可变电阻rl2和电阻r6并联有电容c3，且第12管脚2o还连接可变电阻rl2的控制端；该电容c104还通过并联的电容c6和电阻r9连接第15管脚l-；第14管脚l+通过电阻r14连接热释电红外传感器pir的s管脚。
其中光敏模块包括：
光敏电阻gr1连接接入电压vcc，并通过电阻r4接地；且光敏电阻gr1的输出端连接a/d转换芯片adc0832的第2管脚ch0；且该a/d转换芯片adc0832的第1管脚cs、第5管脚di、第6管脚do、第7管脚clk都连接主控芯片；第8管脚vcc连接接入电压vcc，第4管脚gnd接地，第3管脚chi1悬空。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：上述技术方案提出了一种led灯控制系统，包括控制端和led灯。其中led灯通过合理的设计可以实现亮度可自控、根据是否有人自动点亮；同时控制端可以无线接入led灯，以实现荣国声音控制或是手动控制。
附图说明
图1为本发明实施例提出的led灯控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提出的led灯的主控电路板的电路结构示意图；
图3为本发明实施例提出的控制端的控制流程示意图；
图4为本发明实施例提出的pwm调光原理图；
图5为本发明实施例提出的三极管放大电路的电路结构示意图；
图6为本发明实施例提出的光线感应电路的电路结构示意图；
图7为本发明实施例提出的hc-sr501热释电电路的电路结构示意图；
图8为本发明实施例提出的蓝牙信号传输电路设计的电路结构示意图；
图9为本发明实施例提出的控制端的初始化流程示意图；
图10为本发明实施例提出的控制端的语音信号处理流程示意图；
图11为本发明实施例提出的移与帧长的示意图；
图12为基本谱减法原理的示意图；
图13为mfcc特征参数提取原理的示意图；
图14为mel频率滤波器组的示意图；
图15为长度相等的动态匹配示意图；
图16为长度不相等的动态匹配示意图。
具体实施方式
为了说明本发明的一种基下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
针对现有的智能灯一类的照明设备结构不合理的问题，提出了一种融合了计算机技术、通信技术、人工智能技术、绿色照明系统技术，并融合了智能终端一类的移动平台技术。本发明实施例的led灯控制系统包括控制端和led灯，包括控制端和led灯。从下面的描述可以看出，本发明实施例的led灯结构合理、具有很好的调节和自动控制功能，是一种绿色节能led灯。
如图1-图8所示的为led灯。其中led灯包括基于51单片机的主控电路板，并融合了光线感应电路和热释电电路模块，同时结合脉宽宽度调制(pwm)技术和驱动电路设计，以通过热释电传感器、光敏电阻传感器和蓝牙传输器等硬件相结合达来到手动调节和自动感应调节功能。其中控制端可以为基于安卓系统的智能终端，也可以为其他任何操作系统的智能终端。
如图2所示的，该lfd灯包括主控电路板，其中主控电路板上设有主控芯片，该主控芯片可以为stc89c51rc芯片；还包括连接该主控芯片的按键电路、复位电路、晶振电路、led驱动电路、电源管理电路、光敏模块、蓝牙模块、热释电模块。
其中所述led驱动电路为pwm调光电路，pwm调光电路的原理是：在不改变脉冲方波周期的前提下，通过调整每个周期td内脉冲方波的占空比，达到等效模拟电压输出的目的。具体来说，如果图4所示的，在导通时间ton内驱动电流以控制led灯亮度的目的。如图4所示的，在pwm控制器调节电流脉冲宽度的波形。本发明实施例中将每一个脉冲作为32份高低电平组成，每一份对应的时间为0.5ms，具体可以由定时器来确定。预先设定一个变量pwm来计算定时器中断的次数。以pwm的计数值作为高电平输出时间参考值，就可以产生需要的占空比。具体的，可以如图5所示的，采用9012型的pnp三极管，将三极管的基极连接主控芯片。当主控芯片发送低电平到基极时，使得led电路导通并放大信号，以确保多个并联的led灯珠能够正常工作。反之，当三极管的基极接收到高电平时，整个三极管驱动电路成截止状态，使得所有led灯珠都熄灭。这种结构的电路相比较现有的通过改变正向电流来调光的电路具有更好的调光范围和更好的线性度；且颜色一致性好、亮度级别高；led驱动器的转换效率高。
其中光敏模块用于检测外界的亮度；当外界环境变亮时灯会自动变暗至熄灭，反之亦然。如图6所示的，本发明实施例中采用光敏电阻cr1来实现该目的；其工作原理是：由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻gr1的阻值迅速下降。光敏阻值gr1的变化与电阻r4进行分压，需通过a/d转换芯片来进行转换，以实现通过可调电阻实现光线限值的调节，最终将信号给单片机处理。其中a/d转换芯片可以为adc0832芯片，其可通过预先调制以实现led照明状态调整。
其中热释电模块用于检测红外特征以确定是否有人。具体的如图7所示的，可以采用hc-sr501热释电红外线传感器来探测人体信号。。hc-sr501由一种高热电系数制成的探测元件组成，该探测元件的波长灵敏度在0.2～-20um范围内几乎稳定不变。当led台灯工作在检测红外状态中，检测到有人进入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦被热释电元接收，经信号处理而输出微弱的电压信号(微伏级)，再经探头内的场效应管放大至毫伏级。此时热释电红外传感器输出的信号与单片机可识别的高、低电平(伏级别)比较仍然很小。选用信号处理芯片biss0001作为热释电红外传感器的处理芯片，经biss0001进一步放大、滤波后，输出得到伏级别的电压信号，经biss0001的2脚输出下一级单片机的p1.0口。单片机判断输入进来的信号，并作出相应的判断。
如图7所示的，热释电红外传感器pir的d管脚通过电阻r2和电容c102接地，并通过电阻r2和电阻r1连接信号处理芯片u4的第11管脚vcc和第8管脚ver/r；s管脚和g管脚通过并联的电容c2和电阻r5连接，且s管脚通过电阻r4连接信号处理芯片u4的第14管脚l+，且电容c103和电阻r8串联、电容c5和电容c9串联后，两电路并联后连接热释电红外传感器pir的g管脚和信号处理芯片u4的第15管脚l-；其中信号处理芯片u4的第1管脚a连接插接件jp1的管脚2；第2管脚out通过电阻r14连接插接件jp2的管脚2；第3管脚tr通过电阻r13、可变电阻rt1、电容cy1连接热释电红外传感器pir的g管脚、稳压管7133-1的gnd管脚、插接件jp2的管脚3；第4管脚tc连接可变电阻rt1的控制端和电容cy1；第5管脚enc通过电容cy2连接热释电红外传感器pir的g管脚、稳压管7133-1的gnd管脚、插接件jp2的管脚3；第6管脚enr通过电阻r33连接电容cy2；第7管脚vss连接热释电红外传感器pir的g管脚、稳压管7133-1的gnd管脚、插接件jp2的管脚3；第8管脚ver/r连接稳压管7133-1的out管脚、插接件jp1的管脚1；第9管脚inh连接通过光探测器的去噪声电路cds1连接热释电红外传感器pir的g管脚、稳压管7133-1的gnd管脚、插接件jp2的管脚3；第10管脚afi通过电阻r32连接热释电红外传感器pir的g管脚、稳压管7133-1的gnd管脚、插接件jp2的管脚3；第11管脚vcc通过电阻r2和电阻r1连接热释电红外传感器pir的d管脚；第12管脚2o连接可变电阻rl2和电阻r6、r7、并联的电阻r10和电容c4、电容c104连接第16管脚io，其中可变电阻rl2和电阻r6并联有电容c3，且第12管脚2o还连接可变电阻rl2的控制端；该电容c104还通过并联的电容c6和电阻r9连接第15管脚l-；第14管脚l+通过电阻r14连接热释电红外传感器pir的s管脚。
其中光敏模块包括：
光敏电阻gr1连接接入电压vcc，并通过电阻r4接地；且光敏电阻gr1的输出端连接a/d转换芯片adc0832的第2管脚ch0；且该a/d转换芯片adc0832的第1管脚cs、第5管脚di、第6管脚do、第7管脚clk都连接主控芯片；第8管脚vcc连接接入电压vcc，第4管脚gnd接地，第3管脚chi1悬空。
如图9-图16所示的，其中所述控制端可以硬件设备或软件设备；硬件设备可以为任何可以向led灯发送控制指令的设备，例如智能移动终端(智能手机、平板电脑)、计算机、智能遥控器等；软件设备可以为设置在这些设备之内的控制软件。以下实施例中以
本发明实施例的控制端包括控制模块、语音信号模块、手动控制信号模块、手机蓝牙模块；其中控制模块可以为一个中央处理芯片或是中央处理芯片内的控制软件。该控制模块分别连接语音信号模块、手动控制信号模块，并通过手机蓝牙模块(也可以为任何可以连接led灯的通讯模块)连接led灯。控制端的工作流程为：
首先进行初始化，以判断是否正确连接led灯；如果否则步骤结束；
判断控制端的工作方式，如果为语音操作模式则激活语音信号模块，如果为手动操作模式则激活手动控制信号模块；
在通过语音信号模块或手动控制信号模块接收到控制指令后，通过手机蓝牙模块发送到led灯进行人工控制。
具体的，在进行语音识别时的流程如图10所示的，包括：对语音进行预处理并滤除噪音，然后进行端点检测、特征参数提取；对于提取出的特征通过模板库中的模板进行匹配以输出决策；其中模板库是根据提取出的特征进行训练获得的。以下对上述的多个处理一一进行具体解释：
(1)预处理
语音信号是随时间变化而变化，每个音频之间存在不连续性。但在较短的时间段内，可近似地认为其特性基本保持不变，话音信号的这种将性称为“瞬时平稳性”，每帧的长度大约为10ms～30ms。虽然分帧可以连续，但为了保证帧与帧之间的平滑过渡及其连续性，常采用重叠分帧方法。相邻两帧重叠的部分叫做帧移，帧移与帧长之间的比值通常为0～1/2，图11为帧移与帧长的示意图。
为了强化、突出话音信号中抽样n附近的波形，而对波形的其余部分进行弱化，还要对信号进行加窗处理。常用的窗函数有矩形窗、海宁窗和汉明窗，他们具有低通特性。矩形窗主瓣较窄，具有较高的频率分辨率，但有较高的旁瓣，相邻谐波会因能量泄漏而导致互相叠加或抵消等比较严重的干化。与矩形窗相比，汉明窗加窗处理后可得到的相对纯净的频谱。在设计语音分析中选用汉明窗作为窗函数。
(2)信号去噪
信号中存在的噪声在信号检测中不可避免，而最大程度的减少噪声的干扰成为信号检测中关键的一步。设计采用谱减法去噪。谱减法的基本思想是在假定加性噪声与短时平稳的语言信号相互独立的情况下，从带噪语音的功率谱中去掉噪声，以获得较为纯净的语音。谱减法基本处理过程如图12。
谱减法是一种语音减噪的算法，假设s(t)为纯净语音，n(t)为噪声信号，y(t)为带噪语音，则有：
y(t)＝s(t)+n(t)(式1)
用y(ω)、s(ω)、n(ω)分别表示y(t)、s(t)、n(t)的傅里叶变换，则可得：
y(ω)＝s(ω)+n(ω)(式2)
由于假定信号与加性噪声是相互独立的，则有：
|y(ω)|＝|s(ω)|+|n(ω)|(式3)
如果用py(ω)、ps(ω)、pn(ω)分别表示y(t)、s(t)、n(t)的功率谱，则有：
py(ω)＝ps(ω)+pn(ω)(式4)
由于平稳噪声的功率谱在发声前和发声期间可以认为基本无变化，这样可估计出功率谱pn(ω)：
ps(ω)＝py(ω)+pn(ω)(式5)
(3)端点检测
语音信号一般可分为无声段、清音段和浊音段。无声段是背景噪声段，平均能量最低。浊音段为声带振动发出对应的语音信号段，平均能量最高。清音段是空气在口腔中的摩擦、冲击或爆破而发出的语音信号段，平均能量居于前两者之间。清音段和无声段的波形特点有明显的不同，无声段信号变化较为缓慢，而清音段信号在幅度上变化剧烈，穿越零电平次数也多。端点检测就是首先判断有声还是无声。如果有声，则还要判断是清音还是浊音。为正确地实现端点检测，综合利用短时能量和过零率两个特征进行端点检测。
定义语音信号x(n)分帧后得到第i帧语音信号yi(n)。则第i帧语音信号yi(n)的短时能量公式为
过零率公式则表示样本数值改变符号的次数，同样定义语音信号x(n)分帧后得到第i帧语音信号yi(n)。其过零率公式为
式中sgn[]是符号函数
(4)特征参数提取
在语音识别和话者识别方面，用语音特征梅尔倒谱系数(mfcc)。这种参数相比基于声道模型的lpcc具有更好的鲁邦性，更符合人耳的听觉特性，而且当信噪比降低时仍然具有较好的识别性能。图13为mfcc特征参数提取原理。
①对输入的语音信号进行分帧、加窗，然后作离散傅立叶变换，获得频谱分布信息。设语音信号的dft为：
式中x(n)为输入的语音信号，n表示傅立叶变换的点数。
②求频谱幅度的平方，得到能量谱。
③将能量谱通过一组mel尺度的三角形滤波器组，如图14。
定义一个有m个滤波器的滤波器组(滤波器的个数和临界带的个数相近)，中心频率为f(m，m＝1，2，..m)，设计取m＝24。各f(m)之间的间隔随着m值的减小而缩小，随着m值的增大而增宽。
三角滤波器的频率响应定义为：
其中
④计算每个滤波器组输出的对数能量：
⑤经离散余弦变换(dct)得到mfcc系数：
(5)语音信号匹配
在时间序列中，若语音信号波形长度相等则语音较容易匹配，如图15、16。匹配过程中，a点直接对应b点。但需要比较相似性的两段时间序列的长度可能并不相等，在语音识别领域表现为不同人的语速不同。因为语音信号具有相当大的随机性，在这些复杂情况下，传统的欧几里得测距无法有效地求的两个时间序列之间的距离。实线波形的a点会对应于虚线波形的b，这样传统的通过比较距离来计算相似性很明显不靠谱。因为很明显，实线的a点对应虚点线的b’点才是正确的。而dtw就可以通过找到这两个波形对齐的点，这样计算它们的距离才是正确的。
dtw是把时间规整和距离测度计算结合起来的一种非线性规整技术，它寻找一个规整函数im＝φ(in)，将测试矢量的时间轴n非线性地映射到参考模板的时间轴m上，并使该函数满足：
其中d为处于最优时间规整情况下两矢量的距离。由于dtw不断地计算两矢量的距离以寻找最优的匹配路径，所以得到的是两矢量匹配时累积距离最小所对应的规整函数，这就保证了它们之间存在的最大声学相似性，避免由于时长不同而可能引入的误差。
上述技术方案提出了一种led灯控制系统，包括控制端和led灯。其中led灯通过合理的设计可以实现亮度可自控、根据是否有人自动点亮；同时控制端可以无线接入led灯，以实现荣国声音控制或是手动控制。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。