基于声音频谱特征识别的智能饮水机系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了基于声音频谱特征识别的智能饮水机系统及控制方法，涉及智能家居技术领域，本发明专利技术能够实时预测水位高度从而可达到任意水位高度且适应于不同容器的智能接水实时控制方案。智能饮水机系统包括语音识别模块、频率识别模块、微处理器以及开关控制模块。语音识别模块启动之后用于捕获语音指令，并识别语音指令获取指令信息发送至微处理器中。频率识别模块用于捕获当前容器接水过程的声音频率，并分析得到实时峰值频率，将实时峰值频率信息发送给微处理器。微处理器根据实时峰值频率信息预测水位高度，并将预测的水位高度与指令信息中包含的期望水位高度进行比较，从而生成控制信息发送给控制开关控制模块操纵饮水机的开关。

【技术实现步骤摘要】
基于声音频谱特征识别的智能饮水机系统及控制方法
本专利技术涉及智能家居
，具体涉及基于声音频谱特征识别的智能饮水机系统及控制方法。
技术介绍
近年来，由于饮水机使用不当引起的饮用水浪费的情况层出不穷，原因是许多使用者在使用饮水机接水时，会因杯内装水太满而倒掉或使用完后不及时关闭阀门而所造成水资源的浪费。此外，现有的饮水机大多使用手动阀门接水，但我们在饮水机上接水时，有时手中会持有其他物品而不便开关，而且常常容易因为开水的意外溅出或者未及时关闭阀门导致开水的溢出导致烫伤的发生，给使用者造成了一定的安全隐患。因此，随着科学技术的发展、人们生活品质的提升以及对饮水机功能的要求不断提高，智能饮水机的研究是现在所迫切需要的。实现饮水机的自动控制，解放人们的双手，将会是饮水机未来的发展趋势。现有致力于研究自动控制的智能饮水机大多只能针对某一种容器完成定高接水，但是无法预测接水过程中的水位高度从而无法实现任意期望高度的接水任务，此外也不具备泛化能力，即使用不同材质、形状、高度的接水容器时该方案不适用。因此本专利技术的研究内容是设计一种可以满足不同期望接水高度以及适应于不同接水容器的智能饮水机自动控制方案。生活中接水时，随着杯内水位的上升，人耳可明显分辨出一个不断升高的音调的现象。虽然容器不同音调略有差异，但是总体音调升高的趋势是一致的。该现象是基于驻波与共振原理，当入射波与反射波为振幅相同、传播方向相反的两列相干波时，两列波形成驻波。接水时水面是振动波源，瓶口是反射界面，水面与瓶口的距离即空气柱长度为L，可得空气柱固有频率f：式中v—声音在空气中的传播速度。当驱动力频率等于空气柱固有频率f时，振幅增大，形成共振现象。随着接水水位上升，空气柱长度L减小，对应产生共振的声音基频率增大，声音音调升高。故接水时声音音调的变化与水位高度存在一定关系，声音频率可作为水位高度的一种可识别特征。“暖水瓶智能接水控制系统设计_刘昊霖”一文给出了一种通过使用单片机对暖水瓶接水的声音进行A/D采样，并对采样数据进行FFT运算，结合MATLAB仿真软件，探究出一种暖水瓶接水的声音与其频率和能量的关系，并判断瓶中的水位是否已满的方法。通过实验验证了暖水瓶接水时通过声音数据的采集、计算频谱和能量能够判断出水位已满，该方法有一定的实用价值。但是该方案仅仅是针对暖水瓶一种盛水容器，并且利用的是接水声音与其频率和能量的关系进行水位已满判定，对于日常生活中常用的饮水机，一方面其盛水容器并不固定，另一方面每个用户所需水量不同，即期望水位高度也不同，该方案无法适用。因此可基于声音频谱特征来实现不同容器不同的水位高度的智能接水实时控制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了基于声音频谱特征识别的智能饮水机系统及控制方法，是一种能够实时预测水位高度从而可达到任意水位高度且适应于不同容器的智能接水实时控制方案。为达到上述目的，本专利技术的技术方案为；基于声音频谱特征识别的智能饮水机系统，用于对饮水机进行控制，其特征在于，智能饮水机系统包括语音识别模块、频率识别模块、微处理器以及开关控制模块。语音识别模块启动之后用于捕获语音指令，并识别语音指令获取指令信息发送至微处理器中。频率识别模块用于捕获当前容器接水过程的声音频率，并分析得到实时峰值频率，将实时峰值频率信息发送给微处理器。微处理器根据实时峰值频率信息预测水位高度，并将预测的水位高度与指令信息中包含的期望水位高度进行比较，从而生成控制信息发送给控制开关控制模块操纵饮水机的开关。进一步地，语音识别模块在接收到语音唤醒关键词之后被唤醒启动。进一步地，语音识别模块，识别语音指令获取指令信息，具体为：语音识别模块持续接收语音指令，并对语音指令进行识别，若识别结果包含期望水位高度信息，则将期望水位高度信息发送至微处理器中。微处理器接收期望水位高度信息，若此时饮水机开关处于关闭状态，则微处理器控制开关控制模块打开饮水机的开关，开始向当前容器中注水。进一步地，微处理器接收实时峰值频率信息，选取预先存储的峰值频率信息与水位高度的对应关系计算实时水位高度，若实时水位高度达到期望水位高度，则微处理器控制开关控制模块关闭饮水机开关，否则微处理器无动作，继续保持饮水机开关打开。进一步地，还包括容器感知模块；容器感知模块用于感知获取接水容器的特征信息，作为当前容器特征信息输入至微处理器。微处理器中预先存储至少一个峰值频率信息与水位高度的对应关系曲线；每个关系曲线均设置一个容器特征标签。微处理器在接收实时峰值频率信息与容器特征信息之后，根据当前容器特征信息找到容器特征标签的关系曲线，然后根据预先存储的峰值频率信息与水位高度的对应关系曲线计算实时水位高度。进一步地，若微处理器中不存在与当前容器特征信息匹配的关系曲线，则取当前容器为新增容器，启动学习模块。用户使用新增容器重复设定次数的接水训练过程，学习模块通过频率识别模块获取每次接水训练过程中新增容器的接水声音频率的峰值频率以及对应接水高度信息，新建新增容器特征标签下的峰值频率信息与水位高度的对应关系曲线。进一步地，系统还包括电源模块；电源模块用于为语音识别模块、频率识别模块、容器感知模块、学习模块、微处理器、开关控制模块、显示模块以及饮水机供电。进一步地，系统还包括显示模块。显示模块用于在微处理器的控制下显示容器属性信息、实时水位高度和/或峰值频率信息与水位高度的对应关系曲线。进一步地，系统还包括隔音外壳。隔音外壳采用隔音材质，将语音识别模块、频率识别模块、容器感知模块、学习模块、微处理器、开关控制模块、显示模块以及饮水机与外部噪音隔离。本专利技术的另外一个实施例还提供了基于声音频率特征识别的智能饮水机控制方法，针对智能饮水机系统，采用如下方法进行控制：S1、智能饮水机系统中各模块初始化。S2、语音识别模块接收语音唤醒关键词，启动。S3、语音识别模块接收语音指令，并进行识别，若识别结果包含期望水位高度信息，则将期望水位高度信息发送至微处理器中。S4、微处理器接收到期望水位高度信息与当前容器特征信息后，若微处理器中存在与当前容器特征信息匹配的关系曲线，则执行S5。若微处理器中不存在与当前容器特征信息匹配的关系曲线，则取当前容器为新增容器；获取新增容器接水过程的声音频率的峰值频率以及对应接水高度信息，新建新增容器特征标签下的峰值频率信息与水位高度的对应关系曲线，执行S5。微处理器控制开关控制模块打开饮水机的开关，开始向当前容器中注水。S5、频率识别模块捕获当前容器接水过程的声音频率，并分析得到实时峰值频率，将实时峰值频率信息发送给微处理器。S6、微处理器接收实时峰值频率信息，根据与当前容器特征信息匹配的关系曲线计算水位高度作为预测的水位高度；微处理器将容器属性信息、预测水位高度和/或峰值频率信息与水位高度的对应关系曲线实时发送至显示模块中。微处理器判断若预测的水位高度达到期望水位高度，则微处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于声音频谱特征识别的智能饮水机系统，用于对饮水机进行控制，其特征在于，所述智能饮水机系统包括语音识别模块(1)、频率识别模块(2)、微处理器(5)以及开关控制模块(7)；/n所述语音识别模块(1)启动之后用于捕获语音指令，并识别语音指令获取指令信息发送至微处理器(5)中；/n所述频率识别模块(2)用于捕获当前容器接水过程的声音频率，并分析得到实时峰值频率，将实时峰值频率信息发送给所述微处理器(5)；/n所述微处理器(5)根据实时峰值频率信息预测水位高度，并将预测的水位高度与所述指令信息中包含的期望水位高度进行比较，从而生成控制信息发送给控制开关控制模块(7)操纵所述饮水机的开关。/n

【技术特征摘要】
1.基于声音频谱特征识别的智能饮水机系统，用于对饮水机进行控制，其特征在于，所述智能饮水机系统包括语音识别模块(1)、频率识别模块(2)、微处理器(5)以及开关控制模块(7)；
所述语音识别模块(1)启动之后用于捕获语音指令，并识别语音指令获取指令信息发送至微处理器(5)中；
所述频率识别模块(2)用于捕获当前容器接水过程的声音频率，并分析得到实时峰值频率，将实时峰值频率信息发送给所述微处理器(5)；
所述微处理器(5)根据实时峰值频率信息预测水位高度，并将预测的水位高度与所述指令信息中包含的期望水位高度进行比较，从而生成控制信息发送给控制开关控制模块(7)操纵所述饮水机的开关。


2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述语音识别模块(1)在接收到语音唤醒关键词之后被唤醒启动。


3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述语音识别模块(1)，识别语音指令获取指令信息，具体为：
所述语音识别模块(2)持续接收语音指令，并对所述语音指令进行识别，若识别结果包含期望水位高度信息，则将所述期望水位高度信息发送至所述微处理器(5)中；
所述微处理器(5)接收所述期望水位高度信息，若此时饮水机开关处于关闭状态，则所述微处理器(5)控制所述开关控制模块(7)打开所述饮水机的开关，开始向当前容器中注水。


4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微处理器(5)接收实时峰值频率信息，选取预先存储的峰值频率信息与水位高度的对应关系计算实时水位高度，若实时水位高度达到期望水位高度，则所述微处理器控制所述开关控制模块(6)关闭所述饮水机开关，否则所述微处理器(5)无动作，继续保持饮水机开关打开。


5.如权利要求1～4任一所述的系统，其特征在于，还包括容器感知模块(3)；
所述容器感知模块(3)用于感知获取接水容器的特征信息，作为当前容器特征信息输入至微处理器；
所述微处理器(5)中预先存储至少一个峰值频率信息与水位高度的对应关系曲线；每个关系曲线均设置一个容器特征标签；
所述微处理器(5)在接收实时峰值频率信息与容器特征信息之后，根据所述当前容器特征信息找到容器特征标签的关系曲线，然后根据预先存储的峰值频率信息与水位高度的对应关系曲线计算实时水位高度。


6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，若所述微处理器(5)中不存在与所述当前容器特征信息匹配的关系曲线，则取当前容器为新增容器，启动学习模块(4)；
用户使用所述新增容器重复设定次数的接水训练过程，所述学习模块(4)通过所述频率识别模块(2)获取每次接水训练过程中所述新增容器的接水声音频率的峰值频率以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨毅，王薇，苏圣，梁浩，张满，赵思涵，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11