本發(fā)明涉及一種基于語音識別的乘客電梯智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以識別非特定人孤立詞匯并按照識別內(nèi)容對電梯進行控制。

背景技術(shù)：

語言是人們溝通與交流的最基本工具之一，同時也是人與人之間傳遞信息的重要方式。隨著計算機的普及，人與機器之間的交流變得愈發(fā)的重要，而如何讓機器“聽懂”人類的語音，這其中涉及到了多學(xué)科的交叉，有生理學(xué)，語言學(xué)，計算機科學(xué)，控制科學(xué)及信號處理等學(xué)科。語音識別的最終目標(biāo)是實現(xiàn)人類通過語言直接控制計算機。

近些年來，伴隨計算機及人工智能的迅猛發(fā)展，對非特定人的語言識別也受到極大的關(guān)注，語音識別在各個領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越寬泛。在商業(yè)領(lǐng)域上，通過應(yīng)用語音識別的智能車載，使駕駛員更專注于駕駛，愉悅駕駛心情的同時減少了交通事故的發(fā)生。在生活領(lǐng)域上，智能語音家居的普及，使人們生活更加便捷和高效。在教育領(lǐng)域上，智能語音翻譯的出現(xiàn)，使得世界各地區(qū)人們交流越來越密切。在安防領(lǐng)域上，語音識別對于特殊場合的監(jiān)控、身份識別和情報傳遞等起了重要作用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是將語音識別運用到電梯控制上。

為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是在保留傳統(tǒng)電梯按鍵基礎(chǔ)上，提供了一種基于語音識別的乘客電梯智能控制系統(tǒng)，其特征在于，包括DSP控制器模塊、語音采集模塊及語音處理模塊，其中：

語音采集模塊，用于采集電梯轎廂內(nèi)及電梯門口的語音信號；

語音處理模塊，用于對語音采集模塊采集到的語音信號進行預(yù)處理；

DSP控制器模塊，用于識別出預(yù)處理后的語音信號中所包含的語音指令，依據(jù)語音指令向電梯的PLC控制器發(fā)出控制指令。

優(yōu)選地，還包括揚聲器模塊，所述DSP控制器模塊識別出語音指令后，通過揚聲器模塊向外播放，位于電梯內(nèi)的用戶聽到揚聲器模塊播放的語音指令后，對語音指令予以確認，所述DSP控制器模塊僅在得到用戶確認后，才向電梯的PLC控制器發(fā)出控制指令。

優(yōu)選地，所述DSP控制器模塊判斷經(jīng)所述語音處理模塊預(yù)處理的語音信號是否是孤立詞，僅在是孤立詞的情況下，才對語音信號中所包含的語音指令進行識別。

優(yōu)選地，所述DSP控制器模塊對語音信號中所包含的語音指令進行識別包括以下步驟：

所述DSP控制器進行端點檢測，用于確定語音信號的起始點和結(jié)束點；然后提取這段語音信號的梅爾倒譜系數(shù)，再利用提取出的梅爾倒譜系數(shù)，使用動態(tài)時間規(guī)整算法對語音信號進行識別。

優(yōu)選地，還包括語音庫，在語音庫內(nèi)存儲有用戶語音控制電梯時可能用到的所有孤立詞，所述動態(tài)時間規(guī)整算法通過與語音庫進行匹配實現(xiàn)語音指令的識別。

本發(fā)明提供的一種基于語音識別的電梯智能控制系統(tǒng)以嵌入式微控制器為核心，可以在以下情況為用戶提供極大的便利：當(dāng)電梯人多用戶無法按電梯面板時；雙手搬運貨物無法操作電梯面板時；使用工業(yè)電梯只需要運送貨物無需用戶乘坐電梯時；殘疾人、輪椅病人、兒童等無法使用電梯面板時。遇到以上情況的用戶只需要在電梯內(nèi)任何位置或電梯門口發(fā)出語音命令，如“四樓”、“開門”、“關(guān)門”等，系統(tǒng)將對語音信號進行自動識別并向用戶重復(fù)其語音命令，當(dāng)采集到用戶的確認命令后，系統(tǒng)再執(zhí)行命令。本發(fā)明提供的智能電梯控制系統(tǒng)，可以解決各種電梯用戶無法操作電梯面板時的情況，極大的便利的人們的生活，在工業(yè)與物流領(lǐng)域也有很廣的使用前景。

綜上所述，本發(fā)明的有益效果是：當(dāng)電梯人多無法按電梯面板時；雙手搬運貨物無法操作電梯面板時；只需要運送貨物無需用戶乘坐電梯時；殘疾人、輪椅病人、兒童等無法使用電梯面板等情況時用戶只需要在電梯轎廂內(nèi)或電梯門口發(fā)出語音命令，系統(tǒng)將自動識別并向用戶確認，然后執(zhí)行命令。

附圖說明

圖1是語音識別電梯控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框架圖；

圖2是語音識別電梯控制系統(tǒng)的硬件原理圖；

圖3是語音識別電梯控制系統(tǒng)的軟件流程圖；

圖4是電梯PLC控制器的開關(guān)門示例梯形圖；

圖5是電梯PLC控制器的選層示例梯形圖；

圖6是電梯PLC控制器的外呼上下樓示例梯形圖；

圖7是上位機DSP通信流程圖；

圖8是下位機PLC通信流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

如圖1所示，是本發(fā)明一種可以識別非特定人孤立詞匯乘客電梯智能控制系統(tǒng)的總體框圖。本語音識別電梯控制系統(tǒng)包括DSP控制器模塊、語音采集模塊、語音處理模塊、揚聲器模塊。其中DSP控制器模塊，語音處理模塊都內(nèi)嵌在電梯轎廂內(nèi)部；語音采集模塊是一個高靈敏度麥克風(fēng)，安裝在電梯轎廂內(nèi)部，負責(zé)采集電梯內(nèi)的語音信號。揚聲器模塊安裝在電梯內(nèi)，可以重復(fù)用戶的命令以便進行確認。使用時用戶在電梯內(nèi)部或者門口發(fā)出語音短句命令如“四樓”、“開門”、“關(guān)門”、“是/確認”、“否/不是”后，電梯轎廂內(nèi)的麥克風(fēng)采集到這些語音后將其發(fā)送給語音處理模塊，語音處理模塊對來自語音采集模塊的信號進行濾波、放大等預(yù)處理，然后發(fā)送給DSP控制器模塊，DSP控制器模塊對信號進行語音處理和識別。DSP控制器識別出語音指令后，與電梯的PLC控制器以RS485接口、MODBUS協(xié)議的方式建立通信，向PLC控制器發(fā)送控制指令。本電梯智能控制系統(tǒng)在使用語音識別控制電梯的同時保留了電梯傳統(tǒng)按鍵。

如圖2所示，是本發(fā)明一種可以識別非特定人孤立詞匯乘客電梯智能控制系統(tǒng)的硬件原理圖。語音識別電梯控制系統(tǒng)的DSP控制器模塊采用TMS320VC5509芯片，完成整個系統(tǒng)的調(diào)度和控制，同時進行語音的處理和識別，對語音信號依次進行端點檢測、MFCC特征參數(shù)提取、和基于DTW算法的語音識別；語音采集模塊采用信噪比為95dB，識別頻率在20-2k Hz的聲音采集器，負責(zé)采集電梯各個位置的聲音。語音模塊采用TLV320AIC23芯片用于處理用戶發(fā)出的語音信號，該芯片不僅能對語音信號進行預(yù)處理，還可以對用戶的語音信號進行回放；揚聲器模塊采用8歐0.5瓦的揚聲器用于確認用戶發(fā)出的語音命令，當(dāng)DSP控制器識別不出用戶的語音命令時還可以通過該模塊發(fā)出“請重復(fù)”等語音提醒用戶重新發(fā)出命令或者更換詞匯。AMD485是一種異步半雙工兩線制通信接口，通過與PLC控制器自帶的RS485接口通信后，可以實現(xiàn)TMS320VC5509與PLC控制器的通信。

如圖3所示，是本發(fā)明一種可以識別非特定人孤立詞匯乘客電梯智能控制系統(tǒng)的語音識別軟件流程圖。本系統(tǒng)持續(xù)對電梯內(nèi)的孤立詞匯進行采集，當(dāng)確認采集到語音信號時，才進入語音識別的流程。首先通過TLV320AIC23芯片對語音信號進行濾波、放大等預(yù)處理，該步驟對于后續(xù)語音識別的準(zhǔn)確率有著關(guān)鍵作用；處理后的信號發(fā)送到DSP控制器，首先進行端點檢測，用于確定孤立詞信號的的起始點和結(jié)束點；然后提起這段信號的MFCC特征參數(shù)，即梅爾倒譜系數(shù)，這種特征不依賴于信號的性質(zhì)，對輸入信號不做任何的假設(shè)和限制，又利用了聽覺模型的研究成果，因此，這種參數(shù)比基于聲道模型的LPCC相比具有更好的魯邦性，更符合人耳的聽覺特性，而且當(dāng)信噪比降低時仍然具有較好的識別性能；利用提取出的MFCC特征參數(shù)，就可以使用DTW算法對語音信號進行識別，DTW算法即動態(tài)時間規(guī)整算法，該算法正適用于孤立詞說話速度不均勻的特點，是把時間規(guī)整與距離測度計算結(jié)合起來的一種非線性規(guī)整技術(shù)。本系統(tǒng)擁有一個語音庫，該語音庫包含用戶語音控制電梯時可能用到的所有孤立詞，DTW算法通過與該語音庫進行匹配即可實現(xiàn)識別，最后將識別出的語音命令通過串口發(fā)送給PLC以實現(xiàn)對電梯的控制。

如圖4所示，是本發(fā)明一種可以識別非特定人孤立詞匯乘客電梯智能控制系統(tǒng)的電梯PLC控制器的開關(guān)門示例梯形圖。PLC梯控制系統(tǒng)的輸入輸出分配表如下：

表1.輸入輸出分配表

開關(guān)門梯形圖原理：電梯未平層時，M30得電，此時手動開關(guān)門按鈕X012和X013按下均無效，M31和M32不得電。電梯平層時，M33得電，轎廂門打開，延時3S后，自動關(guān)閉。如圖3所示，X012和X013分別為傳統(tǒng)的開關(guān)門按鍵，X024和X025分別為來自DSP的開關(guān)門信號。

如圖5所示，是本發(fā)明一種可以識別非特定人孤立詞匯智能電梯控制系統(tǒng)的電梯PLC控制器的三層電梯選層示例梯形圖。以一樓內(nèi)呼為例，按下X000按鈕，則Y000被接通并保持，直到電梯到達一樓時利用X014常閉觸點斷開Y000。在按下X000的同時D1賦值為1，從而實現(xiàn)存儲功能。當(dāng)Y000失電時，D1和M0、M1、M2被清零。圖5中X000，X001和X002分別為一樓、二樓、三樓選層按鍵；X026，X027，X017則分別為來自DSP的一樓、二樓、三樓控制信號。

如圖6所示，是本發(fā)明一種可以識別非特定人孤立詞匯智能電梯控制系統(tǒng)的電梯PLC控制器的外呼上下樓示例梯形圖。圖中X005和X006分別為二樓外呼下和二樓外呼上，X003和X011分別為來自DSP的二樓外呼下和二樓外呼上。以二樓向上外呼信號為例，如果電梯不在二樓，此時按下X006，D7賦值為2，M106得電并保持。如果此時電梯為下行，則M106、Y017常開閉合，Y006得電并且在電梯下降過程中一直保持。如果電梯處于上行階段，則M106、Y016常開閉合，Y006得電并保持，直到電梯上行到二樓時失電。Y006失電時，D7和M18、M19、M20被清零。

如圖7和圖8所示，分別為DSP上位機通信流程圖和PLC下位機通信流程圖。本系統(tǒng)的DSP控制器和PLC控制器通過RS485接口、MODBUS協(xié)議進行通信。MODBUS數(shù)據(jù)幀包含從機地址，命令碼，數(shù)據(jù)和校驗碼，波特率為9600bps，數(shù)據(jù)采用CRC16校驗。RS485是異步半雙工的通訊總線。DSP上位機處于主導(dǎo)和支配地位，定時發(fā)出監(jiān)控命令，等待PLC下位機的應(yīng)答。下位機處于偵聽狀態(tài)，不能主動往總線發(fā)送數(shù)據(jù)。在接收到上位機發(fā)送的一幀信息后，首先比較校驗碼，如果校驗碼相同，則繼續(xù)處理命令碼和數(shù)據(jù)，并根據(jù)命令回送相應(yīng)的應(yīng)答幀，如果校驗碼不同則忽略。當(dāng)DSP控制器與PLC控制器成功通信后，DSP上位機可以通過向PLC下位機發(fā)送帶有地址、命令和數(shù)據(jù)的MODBUS數(shù)據(jù)幀控制PLC的相應(yīng)寄存器以實現(xiàn)語音識別系統(tǒng)發(fā)出的電梯操作指令。

本發(fā)明提出的智能電梯控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于是生活工作、工業(yè)生產(chǎn)、物流的等領(lǐng)域，實現(xiàn)了語音處理和現(xiàn)代機械設(shè)備的結(jié)合，順應(yīng)現(xiàn)代機械設(shè)備智能化的發(fā)展趨勢。