基于語(yǔ)音控制的LED家居智能照明系統(tǒng)研究

陳　越

（中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院，廣東　中山　528404）

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基于語(yǔ)音控制的LED家居智能照明系統(tǒng)研究

陳越

（中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院，廣東中山528404）

摘要：針對(duì)市場(chǎng)現(xiàn)有家居智能照明產(chǎn)品便利性不足、操作不夠人性化的問(wèn)題，文章介紹了一套具備語(yǔ)音識(shí)別控制、觸摸屏交互式控制等功能的LED家居智能照明系統(tǒng)。和傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)操作方便，實(shí)用性強(qiáng)，更適合高檔家居智能照明市場(chǎng)。

關(guān)鍵詞：語(yǔ)音識(shí)別；智能照明；LED

LED光源具有壽命長(zhǎng)、效率高、體積小、亮度可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，非常符合智能照明的要求，然而，LED家居智能照明作為一個(gè)新生產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)階段一方面消費(fèi)觀念尚未形成，另一方面市場(chǎng)格局同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重，相關(guān)產(chǎn)品雖然外觀炫目、功能新穎，但實(shí)用性和便利性不足，難以被市場(chǎng)認(rèn)可。針對(duì)市場(chǎng)現(xiàn)有家居智能照明產(chǎn)品便利性不足、操作不夠人性化的問(wèn)題，本文提出了一套具備語(yǔ)音識(shí)別控制、觸摸屏交互式控制等功能的LED家居智能照明系統(tǒng)。和傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)操作方便，實(shí)用性強(qiáng)，更適合高檔家居智能照明市場(chǎng)。

1　系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)的組成如圖1所示，帶觸摸屏的中央控制器通過(guò)Zigbee無(wú)線網(wǎng)連接各個(gè)遠(yuǎn)端控制器，觸摸屏用于系統(tǒng)安裝調(diào)試、添加照明設(shè)備、設(shè)定照明場(chǎng)景等操作，而在日常使用中則以語(yǔ)音控制為主，在智能化的同時(shí)真正做到比傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)控制更方便快捷。

中央控制臺(tái)采用工控機(jī)作為硬件，借助數(shù)據(jù)庫(kù)記錄和管理遠(yuǎn)端設(shè)備，并具備界面友好的監(jiān)控軟件。

圖1　LED基于語(yǔ)音控制的家居智能照明系統(tǒng)示意

智能照明系統(tǒng)語(yǔ)音識(shí)別功能的覆蓋通過(guò)連接在遠(yuǎn)端控制器上的遠(yuǎn)場(chǎng)話筒來(lái)實(shí)現(xiàn)，在需要覆蓋的區(qū)域，每個(gè)遠(yuǎn)端控制器至少連接2個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)話筒，負(fù)責(zé)采集用戶的聲音指令。遠(yuǎn)端控制器通過(guò)多路光耦輸出開(kāi)關(guān)量和可控占空比的PWM脈沖來(lái)對(duì)接駁的LED照明設(shè)備進(jìn)行開(kāi)關(guān)和調(diào)光操作，在中央控制臺(tái)的遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)下實(shí)現(xiàn)各種不同的照明場(chǎng)景。另外，通過(guò)連接的各種傳感器向中央控制臺(tái)上傳數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)按需照明、智能感應(yīng)等功能。

2　語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)

2.1孤立詞語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)

以語(yǔ)音控制作為日常照明的主要控制方式，需要較高的識(shí)別率和較大的識(shí)別范圍才能獲得更好的用戶體驗(yàn)。目前谷歌、微軟等互聯(lián)網(wǎng)巨頭都提供云端的連續(xù)語(yǔ)音識(shí)別服務(wù)，但是，連續(xù)語(yǔ)音識(shí)別目前還不成熟，云端服務(wù)也有礙用戶隱私，因此，系統(tǒng)將采用更成熟的非特定人聲的孤立詞語(yǔ)音識(shí)別并在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。孤立詞語(yǔ)音識(shí)別的性能對(duì)詞典大小非常敏感，小的詞典往往能實(shí)現(xiàn)更高的識(shí)別率，因此系統(tǒng)將根據(jù)用戶設(shè)備的增減動(dòng)態(tài)地調(diào)整詞典，只有在線的設(shè)備名稱才在詞典中，這將極大地縮小詞典規(guī)模，提高識(shí)別率。

2.2語(yǔ)音信號(hào)去噪和盲源分離技術(shù)

系統(tǒng)噪聲和背景噪聲可以被低通濾波器衰減掉，但是位于10KHz以下的和語(yǔ)音同頻帶的低頻干擾源無(wú)法被低通濾波器有效抑制，例如同時(shí)說(shuō)話的其他人的聲音、風(fēng)扇產(chǎn)生的風(fēng)聲等。這些干擾進(jìn)入語(yǔ)音識(shí)別芯片將導(dǎo)致識(shí)別失敗。如何在未知信源和干擾源統(tǒng)計(jì)特性以及它們的傳播方式的情況下去屏蔽干擾源和提取有用的語(yǔ)音源信號(hào)，這是一個(gè)盲源分離的問(wèn)題。在每個(gè)語(yǔ)音識(shí)別區(qū)域設(shè)置2到3個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)話筒，在模數(shù)轉(zhuǎn)換之后通過(guò)基于獨(dú)立分量分析的盲分離方法實(shí)時(shí)提取語(yǔ)音源信號(hào)，然后再送入語(yǔ)音識(shí)別芯片進(jìn)行識(shí)別，原理框圖如圖2所示。語(yǔ)音信號(hào)的采集和盲源分離過(guò)成由圖1中的遠(yuǎn)端控制器上的嵌入式系統(tǒng)完成。對(duì)10KHz的帶限信號(hào)用快速梯度算法做在線盲源分離，基于ARM CortexM3內(nèi)核的STM32單片機(jī)足以勝任。

圖2　用盲源分離技術(shù)改善語(yǔ)音識(shí)別性能的流程

3　結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一套具備語(yǔ)音識(shí)別控制、觸摸屏交互式控制等功能的LED家居智能照明系統(tǒng)，和傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)操作方便，實(shí)用性強(qiáng)，更適合高檔家居智能照明市場(chǎng)。

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Study on Intelligent Home LED Lighting System Based on Voice Control

Chen Yue
（School of Information Engineering， Zhongshan Polytechnic， Zhongshan528404， China）

Abstract：Many existing intelligent home lighting products are not convenient to use. To address this issue, this paper introduces an intelligent home LED lighting system based on voice control. This lighting system can be operated either through speech recognition control or by a color touch screen as it's interactive console. Compared with conventional intelligent lighting system， the proposed system is more convenient and more user friendly. Therefore, the proposed system is quite suitable for high end intelligent home lighting market.

Key words：speech recognition； intelligent lighting； LED

基金項(xiàng)目：中山市科技計(jì)劃項(xiàng)目；項(xiàng)目名稱：基于語(yǔ)音控制的LED家居智能照明系統(tǒng)；項(xiàng)目編號(hào)：2014A2FC265。

作者簡(jiǎn)介：陳越（1980-），男，湖北武漢，碩士，講師；研究方向：自適應(yīng)信號(hào)處理，混沌系統(tǒng)與信號(hào)處理。