基于语音控制的LED家居智能照明系统研究

陈　越

（中山职业技术学院 信息工程学院，广东　中山　528404）



基于语音控制的LED家居智能照明系统研究

陈越

（中山职业技术学院 信息工程学院，广东中山528404）

摘要：针对市场现有家居智能照明产品便利性不足、操作不够人性化的问题，文章介绍了一套具备语音识别控制、触摸屏交互式控制等功能的LED家居智能照明系统。和传统的照明系统相比，该系统操作方便，实用性强，更适合高档家居智能照明市场。

关键词：语音识别；智能照明；LED

LED光源具有寿命长、效率高、体积小、亮度可调等优点，非常符合智能照明的要求，然而，LED家居智能照明作为一个新生产业，现阶段一方面消费观念尚未形成，另一方面市场格局同质化竞争严重，相关产品虽然外观炫目、功能新颖，但实用性和便利性不足，难以被市场认可。针对市场现有家居智能照明产品便利性不足、操作不够人性化的问题，本文提出了一套具备语音识别控制、触摸屏交互式控制等功能的LED家居智能照明系统。和传统的照明系统相比，该系统操作方便，实用性强，更适合高档家居智能照明市场。

1　系统组成

该系统的组成如图1所示，带触摸屏的中央控制器通过Zigbee无线网连接各个远端控制器，触摸屏用于系统安装调试、添加照明设备、设定照明场景等操作，而在日常使用中则以语音控制为主，在智能化的同时真正做到比传统的开关控制更方便快捷。

中央控制台采用工控机作为硬件，借助数据库记录和管理远端设备，并具备界面友好的监控软件。

图1　LED基于语音控制的家居智能照明系统示意

智能照明系统语音识别功能的覆盖通过连接在远端控制器上的远场话筒来实现，在需要覆盖的区域，每个远端控制器至少连接2个远场话筒，负责采集用户的声音指令。远端控制器通过多路光耦输出开关量和可控占空比的PWM脉冲来对接驳的LED照明设备进行开关和调光操作，在中央控制台的远程协调下实现各种不同的照明场景。另外，通过连接的各种传感器向中央控制台上传数据，以实现按需照明、智能感应等功能。

2　语音识别技术

2.1孤立词语音识别技术

以语音控制作为日常照明的主要控制方式，需要较高的识别率和较大的识别范围才能获得更好的用户体验。目前谷歌、微软等互联网巨头都提供云端的连续语音识别服务，但是，连续语音识别目前还不成熟，云端服务也有碍用户隐私，因此，系统将采用更成熟的非特定人声的孤立词语音识别并在嵌入式系统中实现。孤立词语音识别的性能对词典大小非常敏感，小的词典往往能实现更高的识别率，因此系统将根据用户设备的增减动态地调整词典，只有在线的设备名称才在词典中，这将极大地缩小词典规模，提高识别率。

2.2语音信号去噪和盲源分离技术

系统噪声和背景噪声可以被低通滤波器衰减掉，但是位于10KHz以下的和语音同频带的低频干扰源无法被低通滤波器有效抑制，例如同时说话的其他人的声音、风扇产生的风声等。这些干扰进入语音识别芯片将导致识别失败。如何在未知信源和干扰源统计特性以及它们的传播方式的情况下去屏蔽干扰源和提取有用的语音源信号，这是一个盲源分离的问题。在每个语音识别区域设置2到3个远场话筒，在模数转换之后通过基于独立分量分析的盲分离方法实时提取语音源信号，然后再送入语音识别芯片进行识别，原理框图如图2所示。语音信号的采集和盲源分离过成由图1中的远端控制器上的嵌入式系统完成。对10KHz的带限信号用快速梯度算法做在线盲源分离，基于ARM CortexM3内核的STM32单片机足以胜任。

图2　用盲源分离技术改善语音识别性能的流程

3　结语

本文介绍了一套具备语音识别控制、触摸屏交互式控制等功能的LED家居智能照明系统，和传统的照明系统相比，该系统操作方便，实用性强，更适合高档家居智能照明市场。

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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

基金项目：中山市科技计划项目；项目名称：基于语音控制的LED家居智能照明系统；项目编号：2014A2FC265。

作者简介：陈越（1980-），男，湖北武汉，硕士，讲师；研究方向：自适应信号处理，混沌系统与信号处理。