CN104952138A - 一种语音交互式门禁***及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种语音交互式门禁***及其实现方法。语音交互式门禁***包括门禁控制器、电子锁。门禁控制器包括主板、CPU、内存、存储器、麦克风、扬声器、无线网络模块和电源，运行Android或Windows操作***。门禁***通过声纹识别模块分析用户语音端点，如果用户语音与预设的口令声纹相匹配，则打开电子锁。如果不匹配，则由语音识别模块将用户语音转换为文本，再转发给语义分析模块产生答复文本，并通过语音合成模块合成语音与用户对话交流。用户还可以在触摸显示屏上输入密码打开电子锁。
Description
技术领域
本发明属于人工智能和安防领域，特别涉及一种带声纹识别、语音识别、语义分析、语音合成技术的智能门禁***。
背景技术
传统的门禁通常基于单片机和嵌入式操作***开发，一般采用刷卡和密码的方式打开门锁，部分门禁也有指纹、虹膜、人脸等生物识别功能。但传统的门禁缺少人工智能技术，无法理解用户的自然语言，不能与用户对话交流。物联网技术逐渐兴起，Android、Windows等智能操作***已经广泛应用于各个领域。随着信息技术的发展，声纹识别技术和语音识别技术日臻成熟。一种带触摸显示屏，能够通过声音识别用户，并用自然语言和用户交流的门禁会使我们的生活更加美好。
发明内容
本发明提供了一种能够用语音交流的门禁***及其交互方式，用户可以用自然语言和门禁对话交流。门禁***通过声纹识别开门口令，自动为用户打开门锁。还能通过语音识别、语义分析和语音合成技术识别用户的语音并给出语音答复。
本发明公开了一种语音交互式门禁***，包括门禁控制器、电子锁，其特征在于：所述门禁控制器包括主板、与主板相连接的CPU、内存、存储器、麦克风、扬声器、无线网络模块和电源模块，所述门禁控制器还包括用于比对语音端点的声纹识别模块、用于将语音转换为文本的语音识别模块、用于分析语句文本并返回答复文本的语义分析模块、用于将文本转换为语音的语音合成模块，所述门禁控制器连接控制电子锁。
优选的，所述门禁***包括还包括人体感应模块、门磁。
优选的，所述门禁控制器还包括触摸显示屏、摄像头。
优选的，所述门禁控制器运行Android或Windows操作***，所述CPU为ARM或X86处理器。
优选的，所述电子锁为电机锁、电控锁、电磁锁或电锁口。
本发明还公开了一种语音交互式门禁实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
麦克风接受用户输入语音；
声纹识别模块检测用户输入语音端点，如果与预设的口令声纹匹配，则***打开电子锁；
语音识别模块将用户输入语音转换为用户输入文本；
语义分析模块分析用户输入文本返回***答复文本；
语音合成模块将***答复文本转换为***答复语音；
扬声器播放***答复语音。
优选的，还包括以下步骤：
用户在触摸显示屏上输入密码，如果与预设的密码匹配，则***打开电子锁。
优选的，还包括以下步骤：
人体感应器检测到门禁前有人逗留时，***自动点亮触摸显示屏；
人体感应器检测到门禁前无人逗留时，***自动关闭触摸显示屏。
优选的，还包括以下步骤：
门磁检测到门开启时，***自动发送通知信息到业主的移动设备上。
优选的，还包括以下步骤：
麦克风、摄像头接受用户语音留言或视频留言；
***将用户语音留言或视频留言保存在存储器中；
***将用户的图像、语音、视频通过互联网发送到业主的移动设备上。
附图说明
图1为***连接示意图。
图2为实施例1***组成。
图3为实施例2***组成。
图4为实施例3***组成。
图5为用户语音交互步骤。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细介绍。
参见图1，本发明门禁***通常安装在门上，包括门禁控制器和电子锁。门禁控制器连接控制电子锁，并通过WIFI或3G/4G无线网络连接到互联网。
实施例1：
***组成
参见图2，门禁***包括门禁控制器和电子锁。
门禁控制器包括主板、CPU、内存、存储器、麦克风、扬声器、WIFI模块和直流电源。CPU、内存、存储器、WIFI模块集成在主板上，麦克风、扬声器通过音频信号线与主板相连，直流电源给主板供电。门禁控制器上运行Linux操作***。声纹识别模块、语音合成模块、语义分析模块、语音识别模块都是带MCU的硬件处理模块，均通过I2C接口与主板相连接。电子锁与主板上的GPIO口相连接，门禁控制器控制电子锁。
实现方法
参见图5，门禁控制器启动后自动运行门禁服务程序，控制器通过WIFI模块连接互联网。门禁控制器通过麦克风获取用户说话语音，并将用户语音发送给声纹识别模块。声纹识别模块将用户语音端点与预设的口令语音端点进行对比，并返回对比结果。如果声纹匹配，则打开电子锁。如果声纹不匹配，则将用户语音发送给语音识别模块。语音识别模块将用户语音转换为用户说话内容文本，再将用户说话文本发送给语义分析模块，语义分析模块对用户说话文本进行分词，并根据分词结果检索知识库返回相应答复文本。语音合成模块将答复文本合成***答复语音，再通过扬声器播放***答复语音。实现门禁***与用户的自然语言交流。
实施例2：
***组成
参见图3，门禁***包括门禁控制器、超声波传感器、门磁和电控锁。
门禁控制器包括主板、ARM处理器、内存、存储器、3G/4G模块、触摸显示屏、摄像头、麦克风、扬声器和充电电池。ARM处理器、内存、存储器、3G/4G模块集成在主板上，触摸显示屏、摄像头、麦克风、扬声器通过排线与主板相连，充电电池给主板供电。门禁控制器运行Android操作***。声纹识别模块为基于谷歌、讯飞或百度的声纹识别程序，语音合成模块为基于谷歌、讯飞或百度的TTS语音合成引擎，语义分析模块为基于谷歌、讯飞或百度的语义分析程序，语音识别模块为基于谷歌、讯飞或百度的语音识别程序。超声波传感器、门磁、电控锁与主板上的GPIO口相连接。门禁控制器获取超声波传感器和门磁数据，并控制电控锁。
实现方法
参见图5，门禁控制器启动后自动运行APP服务程序，控制器通过3G/4G模块连接互联网。门禁控制器定时获取超声波传感器和门磁状态，超声波传感器检测到门禁前有人逗留时，***自动点亮触摸显示屏，并通过扬声器播放问候语音，例如“您好，欢迎光临”。麦克风等待接受用户说话语音，并将用户语音发送给声纹识别模块。声纹识别模块将用户语音端点与预设的口令语音端点进行对比，并返回对比结果。
预设的口令为各用户预先通过麦克风录制的口令语音。对于同样的口令短语，不同的用户声纹是不同的。例如张三预设的口令为“芝麻开门”，李四预设的口令为“我回来啦”。如果张三说“芝麻开门”或李四说“我回来啦”，则认为声纹匹配。如果张三说“西瓜开门”或“我回来啦”，又或者李四说“芝麻开门”或“我到家啦”，则认为声纹不匹配。
如果声纹匹配，则门禁***发送开门信号给电控锁打开门禁。如果声纹不匹配，则将用户语音发送给语音识别模块。语音识别模块将用户语音转换为用户说话内容文本，再将用户说话文本发送给语义分析模块，语义分析模块对用户说话文本进行分词，并根据分词结果检索知识库返回相应答复文本。语音合成模块将答复文本合成***答复语音，再通过扬声器播放***答复语音。
门禁***提供类似于Goolge Now、Siri或Cortana这样的语音助手与用户进行自然语言交流。
例如用户说“今天天气怎么样”，***将结合地理位置并查询网络天气数据给出答复“丽水市今天天晴，最低温度18摄氏度，最高温度25摄氏度”。
例如用户说“现在几点钟”，***将结合时间给出答复“现在时间早上10点45分”。
***还能结合自身功能给出相应的答复。
例如用户说“请开门”，***将在触摸显示屏上显示密码解锁界面，并答复“请说出您的口令或输入您的密码”。用户可以说出自己的开门口令或在触摸屏上输入密码，如果口令声纹或密码匹配，则***发送开门信号给电控锁打开门禁，并答复“欢迎光临”，如果密码不匹配，则答复“对不起，您的密码错误”。
例如用户说“我要和主人通话”，***将通过互联网拨打业主的网络通信号码，并答复“正在呼叫，请稍候”。如果业主接听了呼叫请求，则***将本地用户的图像、声音、视频发送到业主的智能移动设备上，并接收业主的图像、声音、视频，开始网络通话过程。如果业主未接听或拒绝了呼叫请求，则***答复“对不起，暂时无法接通。您是否需要留言”。
例如用户说“我要留言”，***将进入留言模式，屏幕上显示当前留言时间和停止留言的按钮，并答复“现在开始留言”。麦克风、摄像头接受用户语音留言或视频留言。当用户留言完毕，可以点击触摸显示屏上停止留言的按钮停止留言。或者当留言时间达到设定的时间长度，***也会自动停止留言。停止留言时，***将用户语音留言或视频留言保存在存储器中，并答复“留言信息已保存，感谢您的留言”。业主可以通过智能移动设备远程查看或回家查看用户的留言。
门磁检测到门开启时，***自动通过互联网发送一条通知信息到业主的移动设备上。
超声波传感器检测到门前无人逗留时，***自动关闭触摸显示屏。
业主的智能移动设备上安装有门禁远程管理APP程序，可以通过互联网与门禁控制器中的APP服务程序通信，监控门前视频、与用户通话交流、查看用户留言或者为用户远程开锁。
实施例3：
***组成
参见图4，门禁***包括门禁控制器和锁控感应模块。
门禁控制器包括主板、X86处理器、内存、存储器、WIFI模块、蓝牙模块、触摸显示屏、摄像头、麦克风、扬声器和充电电池。X86处理器、内存、存储器、WIFI模块、蓝牙模块集成在主板上，触摸显示屏、摄像头、麦克风、扬声器通过排线与主板相连，充电电池给主板供电。门禁控制器运行Windows操作***。声纹识别模块为基于微软、讯飞或百度的声纹识别程序，语音合成模块为基于微软、讯飞或百度的TTS语音合成引擎，语义分析模块为基于微软、讯飞或百度的语义分析程序，语音识别模块为基于微软、讯飞或百度的语音识别程序。
锁控感应模块包括电路板、MCU、蓝牙模块、红外热释电传感器、门磁、电机锁和电池组。MCU、蓝牙模块集成在电路板上，红外热释电传感器、门磁、电机锁与电路板上的GPIO口相连接，电池组给电路板供电。
门禁控制器通过蓝牙与锁控感应模块无线连接通信，获取红外热释电传感器和门磁数据，并控制电机锁。
实现方法
参见图5，门禁控制器启动后自动运行门禁服务程序，控制器通过WIFI模块连接互联网。门禁控制器定时获取红外热释电传感器和门磁状态，并控制电机锁。红外热释电传感器检测到门禁前有人逗留时，***自动点亮触摸显示屏，并通过扬声器播放问候语音，例如“您好，欢迎光临”。然后麦克风等待接受用户说话语音，并将用户语音发送给声纹识别模块。声纹识别模块将用户语音端点与预设的口令语音端点进行对比，并返回对比结果。
预设的口令为各用户预先通过麦克风录制的口令语音。对于同样的口令短语，不同的用户声纹是不同的。例如张三预设的口令为“芝麻开门”，李四预设的口令为“我回来啦”。如果张三说“芝麻开门”或李四说“我回来啦”，则认为声纹匹配。如果张三说“西瓜开门”或“我回来啦”，又或者李四说“芝麻开门”或“我到家啦”，则认为声纹不匹配。
如果声纹匹配，则门禁***发送开门信号给电机锁打开门禁。如果声纹不匹配，则将用户语音发送给语音识别模块。语音识别模块将用户语音转换为用户说话内容文本，再将用户说话文本发送给语义分析模块，语义分析模块对用户说话文本进行分词，并根据分词结果检索知识库返回相应答复文本。语音合成模块将答复文本合成***答复语音，再通过扬声器播放***答复语音。
门禁***提供类似于Goolge Now、Siri或Cortana这样的语音助手与用户进行自然语言交流。
例如用户说“今天天气怎么样”，***将结合地理位置并查询网络天气数据给出答复“丽水市今天天晴，最低温度18摄氏度，最高温度25摄氏度”。
例如用户说“现在几点钟”，***将结合时间给出答复“现在时间早上10点45分”。
***还能结合自身功能给出相应的答复。
例如用户说“请开门”，***将在触摸显示屏上显示密码解锁界面，并答复“请说出您的口令或输入您的密码”。用户可以说出自己的开门口令或在触摸屏上输入密码，如果口令声纹或密码匹配，则***发送开门信号给电机锁打开门禁，并答复“欢迎光临”，如果密码不匹配，则答复“对不起，您的密码错误”。
例如用户说“我要和主人通话”，***将通过互联网拨打业主的网络通信号码，并答复“正在呼叫，请稍候”。如果业主接听了呼叫请求，则***将本地用户的图像、声音、视频发送到业主的智能移动设备上，并接收业主的图像、声音、视频，开始网络通话过程。如果业主未接听或拒绝了呼叫请求，则***答复“对不起，暂时无法接通。您是否需要留言”。
例如用户说“我要留言”，***将进入留言模式，屏幕上显示当前留言时间和停止留言的按钮，并答复“现在开始留言”。麦克风、摄像头接受用户语音留言或视频留言。当用户留言完毕，可以点击触摸显示屏上停止留言的按钮停止留言，或者当留言时间长度达到设定的时间长度，***也会自动停止留言。停止留言时，***将用户语音留言或视频留言保存在存储器中，并答复“留言信息已保存，感谢您的留言”。业主可以通过智能移动设备远程查看或回家查看用户的留言。
门磁检测到门开启时，***自动通过互联网发送一条通知信息到业主的移动设备上。
红外热释电传感器检测到门前无人逗留时，***自动关闭触摸显示屏。
业主的智能移动设备上安装有门禁远程管理程序，可以通过互联网与门禁控制器中的服务程序通信，监控门前视频、与用户通话交流、查看用户留言或者为用户远程开锁。
以上实施例中所述操作***还可以是Ubuntu、Firefox、Tizen、IOS操作***，所述CPU还可以是MIPS处理器、PowerPC处理器，所述人体感应模块还可以是微波传感器、红外线传感器，所述电子锁还可以是电磁锁、电锁口，所述声纹识别模块、语音合成模块、语义分析模块、语音识别模块可以是基于硬件的模块也可以是基于软件的程序。以上实施例仅用于说明本发明而非限制。本领域的普通技术人员应当理解，对本发明修改变形或者等同替换，而不脱离本发明精神范围的，其均应涵盖在本发明的权利要求当中。
Claims (10)
1.一种语音交互式门禁***，包括门禁控制器、电子锁，其特征在于：所述门禁控制器包括主板、与主板相连接的CPU、内存、存储器、麦克风、扬声器、无线网络模块和电源模块，所述门禁控制器还包括用于比对语音端点的声纹识别模块、用于将语音转换为文本的语音识别模块、用于分析语句并返回答复文本的语义分析模块、用于将文本转换为语音的语音合成模块，所述门禁控制器连接控制电子锁。
2.根据权利要求1所述一种语音交互式门禁***，其特征在于：所述门禁***包括还包括人体感应模块、门磁。
3.根据权利要求1所述一种语音交互式门禁***，其特征在于：所述门禁控制器还包括触摸显示屏、摄像头。
4.根据权利要求1所述一种语音交互式门禁***，其特征在于：所述门禁控制器运行Android或Windows操作***，所述CPU为ARM或X86处理器。
5.根据权利要求1所述一种语音交互式门禁***，其特征在于：所述电子锁为电机锁、电控锁、电磁锁或电锁口。
6.一种语音交互式门禁实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
麦克风接受用户输入语音；
声纹识别模块检测用户输入语音端点，如果与预设的口令声纹匹配，则***打开电子锁；
语音识别模块将用户输入语音转换为用户输入文本；
语义分析模块分析用户输入文本返回***答复文本；
语音合成模块将***答复文本转换为***答复语音；
扬声器播放***答复语音。
7.根据权利要求6所述一种语音交互式门禁实现方法，其特征在于，还包括以下步骤：
用户在触摸显示屏上输入密码，如果与预设的密码匹配，则***打开电子锁。
8.根据权利要求6所述一种语音交互式门禁实现方法，其特征在于，还包括以下步骤：
人体感应器检测到门禁前有人逗留时，***自动点亮触摸显示屏；
人体感应器检测到门禁前无人逗留时，***自动关闭触摸显示屏。
9.根据权利要求6所述一种语音交互式门禁实现方法，其特征在于，还包括以下步骤：
门磁检测到门开启时，***自动发送信息到业主的移动设备上。
10.根据权利要求6所述一种语音交互式门禁实现方法，其特征在于，还包括以下步骤：
麦克风、摄像头接受用户语音留言或视频留言；
***将用户语音留言或视频留言保存在存储器中；
***将用户的图像、语音、视频通过互联网发送到业主的移动设备上。
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