本发明涉及电子设备技术领域，特别涉及一种基于声纹识别技术的电灯声控开关、控制系统及方法。
背景技术：
我们现有日常生活中安装使用的电灯开关多为手动操作式，并且安装在家中比较显眼的地方，以便打开和关闭。这种传统的电灯开关在正常人使用中固然很方便，但对于家有腿脚不方便的人或老年人要通过手动操作则会感到困难，或者在黑洞洞、不长开启的地下室或车库等场所，想要找到开关开启电灯就变得十分困难。于是，利用声控开关来控制电灯的开启出现在人们的日常生活中。现有的声控开关控制方式一般有两种：
一是当声音传感器接收到声音信号时，控制器即控制声控开关动作，使声控开关闭合，电灯通过闭合的声控开关连接外部电源对电灯供电。这种控制方式容易受到外部环境的干扰，难以判断声音信号是噪音还是有效控制信号，常常是有声音出现电灯就会点亮，这对于误开电灯无疑是一种电能浪费。
另一种方式是当声音传感器接收到声音信号时，控制器先对声音信号的节奏进行判断，如果节奏符合预设条件，再控制声控开关动作。这种方式较前一种控制方式能够一定程度上减少误操作，但是这种方式依然难以有效判断声音信号是噪音还是有效控制信号。当环境噪声或干扰声恰好发出接近预设条件的节奏声时，依然容易导致误操作，不能准确地开启电灯，造成浪费电能。
技术实现要素：
基于此，有必要针对现有电灯声控开关不能准确地控制电灯开启及控制效果较差的问题，提供一种基于声纹识别技术的电灯声控开关、控制系统及方法。
为此，本发明采用的具体技术方案是：
一种基于声纹识别技术的电灯声控开关，包括：声纹采集器、模数转换器、主机、译码器、蓝牙设备和继电器；所述声纹采集器的输出端与所述模数转换器的输入端相连接，所述模数转换器的输出端与主机的输入端相连接，所述主机的输出端与译码器的输入端相连接，所述译码器的输出端与蓝牙设备的输入端相连接，所述蓝牙设备的输出端与继电器相连接；
所述声纹采集器从周围的环境获取声音信号并传输至所述模数转换器；
所述模数转换器将所述声音信号转换为数字信号并输出给主机；
所述主机将模数转换器传送过来的数字信号与存储在主机中的多个声纹特征进行匹配，找到对应用户，若与某个用户声纹匹配成功，则通过译码器将输出信号传送至蓝牙设备，所述蓝牙设备输出的控制信号控制继电器的闭合与断开。
进一步地，所述声纹采集器为麦克风，所述主机包括cpu和存储器，所述蓝牙设备包括蓝牙发射器和蓝牙接收器。
进一步地，所述声控开关还包括触屏显示器，用来显示声纹匹配结果。
一种基于声纹识别技术的电灯声控开关控制系统，包括：
声音采集模块，用于获取声音信号；
声音处理模块，用于声音信号的预处理，将声音信号进行声纹归一化处理，并提取声纹特征点及特征向量；
声纹存储模块，用于存储处理后的声纹特征点及特征向量；
声纹匹配模块，用于将声音信号与存储在声纹存储模块中的声纹进行匹配；
控制模块，用于若声纹匹配成功则控制电灯声控开关进行开关动作。
一种基于声纹识别技术的电灯声控开关控制方法，所述控制方法是通过声纹识别技术来识别用户的声纹，若声纹匹配成功则通过无线蓝牙设备控制继电器的闭合与断开，进而实现电灯开关的方法，包括以下步骤：
s1，采集声音信息；
s2，声音信息的预处理，对s1中采集的声音信息进行声纹预处理和声纹的归一化处理；
s3，声纹特征值的提取，对s2中处理后的声纹特征值进行提取；
s4，声纹特征值的匹配，对s3中提取的声纹特征值与预先存好的声纹特征值进行比较，若声纹特征值匹配成功，则通过译码器将输出信号传送给蓝牙设备；
s5，所述蓝牙设备输出控制信号控制继电器的闭合与断开，进而实现电灯的打开与关闭。
进一步地，所述步骤s1中通过麦克风对声音信息进行采集。
进一步地，所述步骤s2中声音的预处理过程包括量化、预加重和加窗过程。
进一步地，所述步骤s4中预先存好的声纹特征值是通过麦克风采集的用户所说出的固定语句，并存储在主机的存储器中。
进一步地，所述主机还包括cpu，用于匹配所述声纹特征值与预先存好的声纹特征值。
进一步地，所述蓝牙设备包括蓝牙发射器和蓝牙接收器，所述蓝牙发射器发出信号给蓝牙接收器，所述蓝牙接收器接收到信号后，使cpu输出的数字信号通过译码器产生一种高低电平信号，所述高低电平信号控制继电器的闭合与断开。
本发明的有益效果是：
本发明提供的一种基于声纹识别技术的电灯声控开关、控制系统及方法，首先在用户使用前进行固定用户的声音存储，在使用时通过麦克风采集周围的声音信号，并对该声音信号进行预处理提取声纹特征值，通过模数转换器将该声音信号转换成数字信号传输至cpu，再将该声纹特征值与之前存储在存储器中的声纹特征值进行匹配，若匹配成功则蓝牙发射器发射信号至蓝牙接收器，通过译码器产生高低电平控制信号，最后由继电器接收高低电平控制信号实现闭合或断开，进而控制电灯的开关，其具体有以下几点有益效果：
1、本发明为一种基于声纹识别技术的电灯声控开关，通过声音就可以控制电灯的开启，这对于腿脚不方便的人士或老年人群无疑是一种极其方便的开关方式，同时，对于长期不使用的地下车库、由于黑暗看不清开关位置的场所也是一种极为方便的方式；
2、本发明的一种基于声纹识别技术的电灯声控开关控制系统，是通过将采集到的声纹特征值与预先存储好的声纹特征值进行匹配，符合后才能控制电灯的开启，这种控制方式与现有的声控开关相比，能够更准确地控制电灯的开启，而不被其他声音所干扰；
3、本发明的电灯声控开关控制方法是基于声纹识别技术实现的，由于每个人在声带振动时发出的声音音调、响度和音色都不同，所以每个人声纹表现出来的独特个性是无法仿制的；
4、本发明的电灯声控开关不要用户刻意地用手去开启开关，只需说一句就可以完成对电灯的控制，使用方便；同时，采用无线蓝牙设备进行信号的发射和接收，可以实现远距离控制，使用户更方便控制电灯。
附图说明
图1为本发明一种实施例的电灯声控开关的结构示意图。
图2为图1中主机的结构示意图。
图3为图1中蓝牙设备的结构示意图。
图4为本发明一种实施例的电灯声控开关的控制系统结构示意图。
图5为本发明一种实施例的电灯声控开关的控制方法流程图。
图6为本发明一种实施例的电灯声控开关的声纹特征值匹配方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供一种基于声纹识别技术的电灯声控开关，可包括：
声纹采集器10、模数转换器20、主机30、译码器40、蓝牙设备50和继电器60；
所述声纹采集器10的输出端与所述模数转换器20的输入端相连接，所述模数转换器20的输出端与主机30的输入端相连接，所述主机30的输出端与译码器40的输入端相连接，所述译码器40的输出端与蓝牙设备50的输入端相连接，所述蓝牙设备50的输出端与继电器60相连接。
所述声纹采集器10从周围的环境获取声音信号并传输至所述模数转换器20；
所述模数转换器20将所述声音信号转换为数字信号并输出给主机30；
所述主机30将模数转换器20传送过来的数字信号与存储在主机30中的多个声纹特征进行匹配，找到对应用户，若与某个用户声纹匹配成功，则通过译码器40将输出信号传送至蓝牙设备50，所述蓝牙设备50输出的控制信号控制继电器60的闭合与断开。
如图2、3所示，所述的主机30包括cpu31和存储器32，所述的蓝牙设备50包括蓝牙发射器51和蓝牙接收器52，所述声纹采集器10为一普通麦克风。
上述的电灯声控开关还可设置一触屏显示器，用来显示声纹匹配的结果，例如匹配成功显示“√”，匹配失败显示“×”。
与上述电灯声控开关相对应地，如图4所示，本发明提供一种基于声纹识别技术的电灯声控开关控制系统，可包括：
声音采集模块110，用于获取声音信号；
声音处理模块120，用于声音信号的预处理，将声音信号进行声纹归一化处理，并提取声纹特征点及特征向量；
声纹存储模块130，用于存储处理后的声纹特征点及特征向量；
声纹匹配模块140，用于将声音信号与存储在声纹存储模块130中的声纹进行匹配；
控制模块150，用于若声纹匹配成功则控制电灯声控开关进行开关动作。
具体的，所述声音采集模块110为一普通麦克风，用户在使用之前，通过麦克风说出自己喜欢的语句，比如“开卧室灯、开厨房灯”等。
具体的，声音处理模块120为cpu，声音存储模块130为存储器，所述cpu和存储器设置在同一主机上，所述的cpu接受到麦克风采集的声音信号后对声音进行预处理，提取声纹特征值并将所述声纹特征值存储在所述存储器中。
具体的，所述声音处理模块120还包括一模数转换器，用于将声音信号(模拟信号)转化为计算机可识别的数字信号传输至cpu。
具体的，所述声纹匹配模块140将麦克风再次采集到的声音信号与事先存好在存储器中的声纹特征值进行匹配。
具体的，所述控制模块150包括无线蓝牙设备和继电器，所述的无线蓝牙设备包括蓝牙发射器和蓝牙接收器，若声纹匹配模块140进行的声纹匹配成功，则蓝牙发射器发出信号至蓝牙接收器，蓝牙接收器接收到控制信号后控制继电器的闭合与断开。
具体的，所述控制模块150还包括一译码器，使cpu输出的数字信号通过译码器在某一个输出通道产生一种高低电平控制信号，该高低电平控制信号控制继电器的导通和断开，从而控制电灯的开关。
与上述电灯声控开关、控制系统相应地，如图5、6所示，本发明还提供一种基于声纹识别技术的电灯声控开关控制方法，该方法是通过声纹识别技术来识别用户的声纹，若声纹匹配成功则通过无线蓝牙设备控制继电器的闭合与断开，进而实现电灯开关的方法，具体包括以下步骤：
s1，采集声音信息，通过麦克风对周围的声音信息进行采集；
s2，声音信息的预处理，对s1中采集的声音信息进行声纹预处理和声纹的归一化处理，所述的声纹预处理过程包括量化、预加重和加窗过程；
s3，声纹特征值的提取，通过特征提取算法对s2中处理后的声纹特征值进行提取；
s4，声纹特征值的匹配，对s3中提取的声纹特征值与预先存好的声纹特征值进行比较，若声纹特征值匹配成功，则通过译码器将输出信号传送给蓝牙设备；
s5，所述蓝牙设备输出控制信号控制继电器的闭合与断开，进而实现电灯的打开与关闭，所述蓝牙设备包括蓝牙发射器和蓝牙接收器，所述蓝牙发射器发出信号给蓝牙接收器，所述蓝牙接收器接收到信号后，使cpu输出的数字信号通过译码器产生一种高低电平信号，所述高低电平信号控制继电器的闭合与断开。
具体的，上述方法中的所述继电器可以有多个，分别控制不同的电灯；事先存储在存储器中的声纹可以是多个用户的声纹，比如各个家庭成员。
具体的，在使用之前，用户首先对着麦克风说话，例如“开卧室灯、开客厅灯、开厨房灯”等，并将这些语音信息存储在主机的存储器中建好声音数据库；接下用户再次对麦克风说话，然后对声音信息的预处理，将声纹信息做归一化处理，以提高分析的稳定性，然后进行预加重以提高高频部分；接下来对声纹特征值进行提取，提取声纹特征值之后通过模数转换器将声纹特征值(模拟信号)转换成数字信号传输至主机的cpu，cpu将模数转换器传输过来的数字信号与之前存储在存储器中的声纹进行匹配，找到对应用户，采集到的声音信号与存储器中存储的某个用户声纹匹配成功，则蓝牙发射器产生信号给蓝牙接收器，蓝牙接收器接收到信号后，主机就会在连接电路上产生一种高低电平控制信号，约定继电器接收到高电平控制信号时闭合，则电路导通，打开电灯；当继电器接收到低电平控制信号时断开，电路断开，则电灯关闭。
上述方案中的声音识别过程是首先需要用户声纹信号的采集，接着进行声纹特征值的提取，再将用户的声纹信息存储到存储器中，再进行声纹匹配的过程，其匹配的结果可以连接在触屏显示器上显示。
上述方案中的声纹匹配过程是主要采用声纹识别技术对用户进行身份识别，并将声纹信息与继电器建立关联，产生映射，以达到用户直接通过自己的声纹控制电灯开关。
上述方案中电路的逻辑控制为声纹采集器采集用户声音信息，经过处理后得到用户的声纹波形信号，提取声纹特征(模拟信号)，通过模数转换器转化为数字信号传输给主机里的cpu处理声纹匹配，匹配成功后，蓝牙发射器发出信号后，蓝牙接收器接受到信号后，使cpu输出的数字信号通过译码器在某一个输出通道产生一种高低电平控制信号，高低电平控制信号可以控制继电器导通和断开，从而控制电灯。
上述方案中的声纹信息发送和接收过程是声纹信息的发送依靠蓝牙发射器，声纹信息的接收靠蓝牙接受器。如果蓝牙接收器接收到信号1，电灯就发亮；如果蓝牙接受器接收到信号0，电灯就熄灭，这样用户就实现了对电灯的无线控制。
上述方案中可设置多个继电器，每个继电器控制不同房间的电灯，可实现不同房间的电灯单独控制，使用方便。
应当理解的是，说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。本实施例仅用于说明该发明，而不用于限制本发明的范围，本领域技术人员对于本发明所做的等价置换等修改均认为是落入该发明权利要求书所保护范围内。