一种超声波移动定位与非特定人声语音识别结合的智能家居控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种超声波移动定位与非特定人声语音识别结合的智能家居控制系统，包括无线通讯模块、分离式超声波传感器、温度传感器、控制器、非特定人声语音识别模块和电器。本发明专利技术的有益效果是：使用分离式的超声波模块对移动目标测距并根据实时温度信息对测距公式进行校正，可以较好地满足在智能家居控制中的需要；实现了实时监控目标位置并反馈给系统，并以此作为控制信息，建立平面模型，主动地对家居电器进行控制为用户提供实时智能的服务；利用非特定人声语音识别原理，将用户的主动语音控制与系统自主的智能控制相结合，提升系统的智能化体验；使用NRF24L01无线模块实现了一对多的准实时通讯，满足了系统对于实时性的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超声波移动定位与非特定人声语音识别结合的智能家居控制系统。
技术介绍
随着计算机技术、网络技术、控制技术及人工智能等的飞跃发展，智能化社会已成为新世纪的发展趋势。在此之下，智能家居也随之迅猛发展起来。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，同时能够提供信息交互，智能控制功能，使得人们能够实时查看家居信息和控制家居的相关设备，使得家居生活更加安全、舒适。目前各种各样的智能家居实现方案众多，其大多是基于物联网来实现智能家电的互联，再通过智能终端来实现统一控制，这种方式确实大大提升了日常生活的便捷性，但是这种方案还是只能让各个被控对象被动地接受控制，不能主动地为用户提供实时，准确，舒适的服务。与本专利技术相关的现有技术一——分离式超声波测距现有技术一的技术方案此技术使用超声波发射器发出超声波，超声波不经反射直接被接收器接受，通过转换得到从发射到接受的时间差，根据此时间差Δt和声音在空气中的传播速度就可以计算出发射器到接收器的距离S＝V*Δt。再根据两次三角形定位法求出主体的位置坐标。另外还可以使用红外线作为时标，即主体向接受点发送红外线，接收点在接收到红外线后开始计时，这样可以提升计时的准确性。现有技术一的缺点超声波在空气中传播的速度受温度影响较大；使用红外线作为时标，发射与接收端之间的角度过大时不能很好地实现同步功能；红外线的接收容易受到环境中相近波段光线的影响。与本专利技术相关的现有技术二——非特定人声语音识别现有技术二的技术方案此技术是使用ICRoute的LD3320芯片来实现的，LD3320是一颗基于非特定人语音识别(SI-ASR，Speaker Independent Automatic Speech Recognition)技术的语音识别/声控芯片。设计外围电路，通过MCU对芯片的各寄存器的操作，以中断或查询的方式，对待识别的中文短语进行频谱分析并与词库对比，得出正确的结果并转换成串口信号。现有技术二的缺点语音的输入容易受到环境中的噪音影响；中文中存在大量同音近音词语，容易误识别。与本专利技术相关的现有技术三——无线传输模块NRF24L01现有技术三的技术方案NRF24L01是由NORDIC生产的工作在2.4GHz～2.5GHz的ISM频段的单片无线收发器芯片，输出功率、频道选择协议、通讯地址、传输速率和数据包长度的设置可以通过SPI接口进行设置。几乎可以连接到各种单片机芯片，并完成无线数据传送工作。试想一下，在将来，当你下班回家，无需做其他事情，只要对着你的智能终端(手机，手表等)说出：“我回来了”就可以启动属于你的智能家居系统，它会实时追踪你的位置，并且根据你的位置为你打开相应地方的灯，根据温度湿度等条件打开风扇并控制风扇以合适的风力直接吹向你，等等这些过程中都不需要你来发送任何指令或者手动调节，当然你也可以通过智能终端来加以控制。本专利技术正是基于这一美好的设想，以嵌入式芯片，飞思卡尔公司MK60DN512VLL10(以下简称K60)为核心，以STC89C52单片机作为从芯片，使用NRF24L01无线模块来通讯，设计了一种智能家居系统。通过提取室内环境的位置特征，建立室内环境的平面模型，即建立一个平面的直角坐标系，将各位置特征转换成坐标信息，再将模型坐标信息输入系统备用。然后利用分离式的超声波测距技术，对移动的目标进行多点的实时测距，再将测得的距离信息利用算法计算出目标的实时坐标值，这样，根据所建立平面模型，目标位置，环境信息，以及输入的语音控制信号，就可以利用无线模块对各种家用电器进行实时的，人性化的控制，提升用户的体验。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：基于上述问题，本专利技术提供一种超声波移动定位与非特定人声语音识别结合的智能家居控制系统，根据所建立平面模型，目标位置，环境信息，以及输入的语音控制信号，就可以利用无线模块对各种家用电器进行实时的，人性化的控制，提升用户的体验。本专利技术解决其技术问题所采用的一个技术方案是：一种超声波移动定位与非特定人声语音识别结合的智能家居控制系统，包括无线通讯模块、分离式超声波传感器、温度传感器、控制器、非特定人声语音识别模块和电器，其中，无线通讯模块：提取室内环境的位置特征，建立室内环境的平面模型，将各位置特征转换成模型坐标信息；分离式超声波传感器：利用分离式的超声波测距技术，对移动的目标进行多点的实时测距，再将测得的距离信息利用算法计算出目标的实时坐标值；温度传感器：采集目标的温度信息；控制器：模型坐标信息输入控制器，实时坐标值和温度信息反馈给控制器，控制器将实时坐标值和温度信息转换成目标在模型坐标中的实时位置信息，并实时控制电器的运行；非特定人声语音识别模块：采集用户的语音指令，采用中断的方式，经过频谱分析提取特征值，与事先输入的词库对比并进行值分析，输出识别码，控制器对识别的结果采取相应的操作。进一步地，控制器以一片嵌入式芯片MK60DN512VLL10为核心，若干片STC89C52单片机为从芯片。进一步地，无线通讯模块为NRF24L01无线模块。进一步地，温度传感器为DS18B20。进一步地，非特定人声语音识别模块采取两级指令的形式；根据模块中LD3320的识别特性，添加合适的相似关键词；设置多条指令对应同一条识别码。本专利技术的有益效果是：(1)使用分离式的超声波模块对移动目标测距并根据实时温度信息对测距公式进行校正，最终测距的误差控制在了1cm左右，可以较好地满足在智能家居控制中的需要；(2)实现了实时监控目标位置并反馈给系统，并以此作为控制信息，建立平面模型，主动地对家居电器进行控制为用户提供实时智能的服务，做到了“灯随人动”，“风随人动”的效果，并且根据这一原理还可以继续进行拓展，对其他可控对象进行智能控制(空调，自动门等等)，具有良好的可拓展性；(3)利用非特定人声语音识别原理，将用户的主动语音控制与系统自主的智能控制相结合，提升系统的智能化体验；(4)使用NRF24L01无线模块实现了一对多的准实时通讯，满足了系统对于实时性的要求，较好的实现了主机与个从机之间的集散型无线控制。附图说明下面结合附图对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的家居户型的平面建模示意图；其中：1.分离式超声波传感器，2.风扇，3.目标对象，4.LED灯；图2是风扇与目标夹角计算示意图；图3是三角形定位法示意图；图4是空间中确定平面坐标示意图；图5是语音识别流程图；图6是智能家居控制系统的程序流程图。具体实施方式现在结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，以下实施例旨在说明本专利技术而不是对本专利技术的进一步限定。一、硬件部分硬件部分的控制核心主要由1片K60(主)、若干片STC89C52(从)组成，外围有分离式超声波测距模块、NRF24L01无线通讯模块、温度传感器DS18B20、非特定人声语音识别模块、电源电路、驱动电路以及被控制的器件继电器、风扇、LED灯组成。(1)根据用户提供户型图，在室内各区域放置一块STC89C52作为本区域的控制核心，且每块芯片配备有一个NRF24L01模块以便与主芯片通讯，再在合适位置放置好主芯片K60；(2)在室内各个区域关键地点放置分离式超声波传感器的接收端，一个区域需要放置3个，一般统一放置在区域的三个上墙角，如图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波移动定位与非特定人声语音识别结合的智能家居控制系统，其特征是：包括无线通讯模块、分离式超声波传感器、温度传感器、控制器、非特定人声语音识别模块和电器，其中，无线通讯模块：提取室内环境的位置特征，建立室内环境的平面模型，将各位置特征转换成模型坐标信息；分离式超声波传感器：利用分离式的超声波测距技术，对移动的目标进行多点的实时测距，再将测得的距离信息利用算法计算出目标的实时坐标值；温度传感器：采集目标的温度信息；控制器：模型坐标信息输入控制器，实时坐标值和温度信息反馈给控制器，控制器将实时坐标值和温度信息转换成目标在模型坐标中的实时位置信息，并实时控制电器的运行；非特定人声语音识别模块：采集用户的语音指令，采用中断的方式，经过频谱分析提取特征值，与事先输入的词库对比并进行值分析，输出识别码，控制器对识别的结果采取相应的操作。

【技术特征摘要】
1.一种超声波移动定位与非特定人声语音识别结合的智能家居控制系统，其特征是：包括无线通讯模块、分离式超声波传感器、温度传感器、控制器、非特定人声语音识别模块和电器，其中，无线通讯模块：提取室内环境的位置特征，建立室内环境的平面模型，将各位置特征转换成模型坐标信息；分离式超声波传感器：利用分离式的超声波测距技术，对移动的目标进行多点的实时测距，再将测得的距离信息利用算法计算出目标的实时坐标值；温度传感器：采集目标的温度信息；控制器：模型坐标信息输入控制器，实时坐标值和温度信息反馈给控制器，控制器将实时坐标值和温度信息转换成目标在模型坐标中的实时位置信息，并实时控制电器的运行；非特定人声语音识别模块：采集用户的语音指令，采用中断的方式，经过频谱分析提取特征值，与事先输入的词库对比并进行值分析，输出识别码，控制器对识别...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晶晶，张德祥，黄炎，阎庆，李腾，赵悦，
申请(专利权)人：张晶晶，张德祥，黄炎，
类型：发明
国别省市：安徽;34