[發(fā)明專(zhuān)利]基于聲音頻譜特征識(shí)別的智能飲水機(jī)系統(tǒng)及控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010747250.7
• 申請(qǐng)日: 2020-07-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112043161A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊毅;王薇;蘇圣;梁浩;張滿(mǎn);趙思涵
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): A47J31/00
• 分類(lèi)號(hào): A47J31/00;A47J31/44;A47J31/46;G10L15/22;G10L19/02
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專(zhuān)利中心 11120
• 代理人: 高會(huì)允

本發(fā)明公開(kāi)了基于聲音頻譜特征識(shí)別的智能飲水機(jī)系統(tǒng)及控制方法，涉及智能家居技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)預(yù)測(cè)水位高度從而可達(dá)到任意水位高度且適應(yīng)于不同容器的智能接水實(shí)時(shí)控制方案。智能飲水機(jī)系統(tǒng)包括語(yǔ)音識(shí)別模塊、頻率識(shí)別模塊、微處理器以及開(kāi)關(guān)控制模塊。語(yǔ)音識(shí)別模塊啟動(dòng)之后用于捕獲語(yǔ)音指令，并識(shí)別語(yǔ)音指令獲取指令信息發(fā)送至微處理器中。頻率識(shí)別模塊用于捕獲當(dāng)前容器接水過(guò)程的聲音頻率，并分析得到實(shí)時(shí)峰值頻率，將實(shí)時(shí)峰值頻率信息發(fā)送給微處理器。微處理器根據(jù)實(shí)時(shí)峰值頻率信息預(yù)測(cè)水位高度，并將預(yù)測(cè)的水位高度與指令信息中包含的期望水位高度進(jìn)行比較，從而生成控制信息發(fā)送給控制開(kāi)關(guān)控制模塊操縱飲水機(jī)的開(kāi)關(guān)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能家居技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于聲音頻譜特征識(shí)別的智能飲水機(jī)系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，由于飲水機(jī)使用不當(dāng)引起的飲用水浪費(fèi)的情況層出不窮，原因是許多使用者在使用飲水機(jī)接水時(shí)，會(huì)因杯內(nèi)裝水太滿(mǎn)而倒掉或使用完后不及時(shí)關(guān)閉閥門(mén)而所造成水資源的浪費(fèi)。此外，現(xiàn)有的飲水機(jī)大多使用手動(dòng)閥門(mén)接水，但我們?cè)陲嬎畽C(jī)上接水時(shí)，有時(shí)手中會(huì)持有其他物品而不便開(kāi)關(guān)，而且常常容易因?yàn)殚_(kāi)水的意外濺出或者未及時(shí)關(guān)閉閥門(mén)導(dǎo)致開(kāi)水的溢出導(dǎo)致?tīng)C傷的發(fā)生，給使用者造成了一定的安全隱患。因此，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、人們生活品質(zhì)的提升以及對(duì)飲水機(jī)功能的要求不斷提高，智能飲水機(jī)的研究是現(xiàn)在所迫切需要的。實(shí)現(xiàn)飲水機(jī)的自動(dòng)控制，解放人們的雙手，將會(huì)是飲水機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

現(xiàn)有致力于研究自動(dòng)控制的智能飲水機(jī)大多只能針對(duì)某一種容器完成定高接水，但是無(wú)法預(yù)測(cè)接水過(guò)程中的水位高度從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)任意期望高度的接水任務(wù)，此外也不具備泛化能力，即使用不同材質(zhì)、形狀、高度的接水容器時(shí)該方案不適用。因此本發(fā)明的研究?jī)?nèi)容是設(shè)計(jì)一種可以滿(mǎn)足不同期望接水高度以及適應(yīng)于不同接水容器的智能飲水機(jī)自動(dòng)控制方案。

生活中接水時(shí)，隨著杯內(nèi)水位的上升，人耳可明顯分辨出一個(gè)不斷升高的音調(diào)的現(xiàn)象。雖然容器不同音調(diào)略有差異，但是總體音調(diào)升高的趨勢(shì)是一致的。該現(xiàn)象是基于駐波與共振原理，當(dāng)入射波與反射波為振幅相同、傳播方向相反的兩列相干波時(shí)，兩列波形成駐波。接水時(shí)水面是振動(dòng)波源，瓶口是反射界面，水面與瓶口的距離即空氣柱長(zhǎng)度為L(zhǎng)，可得空氣柱固有頻率f：

式中v—聲音在空氣中的傳播速度。

當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率等于空氣柱固有頻率f時(shí)，振幅增大，形成共振現(xiàn)象。隨著接水水位上升，空氣柱長(zhǎng)度L減小，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生共振的聲音基頻率增大，聲音音調(diào)升高。故接水時(shí)聲音音調(diào)的變化與水位高度存在一定關(guān)系，聲音頻率可作為水位高度的一種可識(shí)別特征。

“暖水瓶智能接水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)_劉昊霖”一文給出了一種通過(guò)使用單片機(jī)對(duì)暖水瓶接水的聲音進(jìn)行A/D采樣，并對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT運(yùn)算，結(jié)合MATLAB仿真軟件，探究出一種暖水瓶接水的聲音與其頻率和能量的關(guān)系，并判斷瓶中的水位是否已滿(mǎn)的方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了暖水瓶接水時(shí)通過(guò)聲音數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算頻譜和能量能夠判斷出水位已滿(mǎn)，該方法有一定的實(shí)用價(jià)值。

但是該方案僅僅是針對(duì)暖水瓶一種盛水容器，并且利用的是接水聲音與其頻率和能量的關(guān)系進(jìn)行水位已滿(mǎn)判定，對(duì)于日常生活中常用的飲水機(jī)，一方面其盛水容器并不固定，另一方面每個(gè)用戶(hù)所需水量不同，即期望水位高度也不同，該方案無(wú)法適用。

因此可基于聲音頻譜特征來(lái)實(shí)現(xiàn)不同容器不同的水位高度的智能接水實(shí)時(shí)控制。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了基于聲音頻譜特征識(shí)別的智能飲水機(jī)系統(tǒng)及控制方法，是一種能夠?qū)崟r(shí)預(yù)測(cè)水位高度從而可達(dá)到任意水位高度且適應(yīng)于不同容器的智能接水實(shí)時(shí)控制方案。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為；基于聲音頻譜特征識(shí)別的智能飲水機(jī)系統(tǒng)，用于對(duì)飲水機(jī)進(jìn)行控制，其特征在于，智能飲水機(jī)系統(tǒng)包括語(yǔ)音識(shí)別模塊、頻率識(shí)別模塊、微處理器以及開(kāi)關(guān)控制模塊。