CN110861528B - 一种基于语音交互的充电***及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于充电桩技术领域，公开了一种基于语音交互的充电***及其工作方法。本发明中的***包括云服务器及多个充电桩；每个充电桩均包括桩本体及控制箱；控制箱内设置有控制芯片；桩本体的正面设有人体感应装置、生物特征采集装置、音频采集装置及音频输出装置。本发明中的方法包括：检测预设范围内是否有人体靠近，如是则触发音频采集装置；判断有音频信息产生，如是则形成语音指令；判断当前语音指令是否为权限操作指令，如是则触发生物特征采集装置；判断用户数据库中是否存在与当前人体的生物特征匹配的用户生物特征，如是则执行当前语音指令。本发明使得用户与充电桩交互时无需通过其他设备参与，实现了用户与充电桩的直接交互。

Description

一种基于语音交互的充电***及其工作方法
技术领域
本发明属于充电***技术领域，具体涉及一种基于语音交互的充电***及其工作方法。
背景技术
充电桩是一种可以固定在地面或墙壁的供电装置，其功能类似于加油站里面的加油机；充电桩一般安装于公共建筑停车场、居住区停车场及充电站内。
充电桩可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电；充电桩的输入端一般与交流电网直接电连接，其输出端一般连接有用于电动汽车充电的充电枪。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行充电方式选择、充电时间选择、费用数据打印等操作；现有的充电桩一般可以显示显示充电量、费用、充电时间等数据。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
现有的充电桩在使用过程中，交互方式大多采用刷卡交互和触摸屏交互；其中，触摸屏交互在室外的环境下，受光照、天气等原因的影响，容易出现各种各样的状况，如：在环境亮度较强的情况下、触摸屏会出现反光的情况，大雨天后触摸屏容易形成凝露导致屏幕内部布满水珠、数天后才能自行恢复或者根本就无法恢复。在上述情况下，人们很难看清触摸屏上显示的内容，对于此时想要充电的人们来说，造成了极大地影响。同时，随着网络与电子技术的快速发展，支付方式逐渐从证卡现金演变为手机支付，出门携带现金或卡的人越来越少，因此，在用户的使用上，现有技术中的交互方式过于单一。
发明内容
本发明旨在于至少在一定程度上解决上述技术问题之一。
为此，本发明目的在于提供一种基于语音交互的充电***及其工作方法，以解决现有充电交互方式易受外界因素影响的问题。
本发明所采用的技术方案为：
一种基于语音交互的充电***，包括云服务器及多个充电桩；每个充电桩均包括桩本体及设置在桩本体内的控制箱；所述的控制箱内设置有与云服务器通信连接的控制芯片；所述的桩本体的正面嵌设有分别与控制芯片电连接的人体感应装置、生物特征采集装置、音频采集装置及音频输出装置；所述的云服务器包括用户数据库；
所述的人体感应装置用于感应预设范围内是否有人体靠近，并将感应结果发送至控制芯片；
所述的生物特征采集装置用于采集靠近桩本体的人体的生物特征，并将采集的生物特征发送至控制芯片；
所述的音频采集装置用于采集靠近桩本体的人体的音频信息，并将采集的音频信息发送至控制芯片；
所述的音频输出装置用于接收来自于控制芯片的音频文件并输出；
所述的控制芯片用于接收感应结果、生物特征及音频信息后发送至云服务器，还用于接收并处理来自于云服务器的指令信息；
所述的云服务器用于接收并处理来自于控制芯片的感应结果、生物特征及音频信息，还用于发送指令信息至控制芯片，还用于将已完成注册的用户数据存储于用户数据库。
作为优选，所述的桩本体的正面还嵌设有与控制芯片电连接的感应式显示装置；所述的感应式显示装置用于接收来自于控制芯片的视频文件、图片文件和/或文字文件并输出，还用于接收有效触点指令并发送至控制芯片。
作为优选，所述的生物特征采集装置包括分别与控制芯片电连接的指纹采集器、虹膜采集器、静脉识别仪及人脸采集器。
作为优选，所述的控制箱内还设置有与控制芯片电连接的音频编解码器；所述的音频采集装置及音频输出装置均通过音频编解码器与控制芯片电连接；所述的音频编解码器用于将来自于音频采集装置的音频信息编码成数字音频后发送至控制芯片，还用于将来自于控制芯片的数字音频文件解码成模拟音频后发送至音频输出装置。
作为优选，所述的充电桩还包括嵌设于桩本体的正面的充电枪；所述的充电枪的输出端通过充电开关与控制芯片电连接。
一种上述的基于语音交互的充电***的工作方法，包括以下步骤：
实时检测预设范围内是否有人体靠近，如是，则发送音频文件至音频输出装置，并触发音频采集装置；
判断是否有音频信息产生，如是，则对当前音频文件进行编码处理及分析后形成语音指令；
判断当前语音指令是否为权限操作指令，如是，则触发生物特征采集装置，如否，则执行当前语音指令；
触发生物特征采集装置后，采集当前人体的生物特征，然后判断云服务器的用户数据库中是否存在与当前人体的生物特征匹配的用户生物特征，如是，则执行当前语音指令，如否，则发送包含提示信息的音频文件至音频输出装置。
作为优选，权限操作指令包括充电枪使用指令、账户余额变动指令及用户信息查看指令。
本发明的有益效果为：
通过充电桩与云服务器的配合使用，基于语音交互，通过结合生物特征识别技术，使得用户与充电桩交互时无需通过识别卡或终端参与，实现了用户与充电桩的直接交互，避免触摸屏故障等原因出现时用户无法正常使用充电桩的问题；
本发明通过音频采集装置采集用户的音频信息，经过云服务器处理后由控制芯片判断是否执行相应的指令，如需涉及需要权限验证才能执行的指令，则进行用户的生物特征验证，从而用户使用充电***可以实现不受天气、环境亮度、携卡不便等因素的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的实施例1的结构框图。
图2是本发明的实施例2的流程框图。
图3是本发明的实施例1中控制芯片的电路图。
图4是本发明的实施例1中人体感应装置的电路图。
图5是本发明的实施例1中音频采集装置及音频输出装置的电路图。
图6是本发明的实施例1中图像采集电路的电路图。
图7是本发明的实施例1中电流检测电路的电路图。
图8是本发明的实施例1中电压检测电路的电路图。
图9是本发明的实施例1中电源降压电路的电路图。
图10是本发明的实施例1中网口电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本发明公开的功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本发明阐述的实施例中。
应当理解，本发明使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本发明的示例实施例。若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本发明中被使用时，指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性，并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。
应当理解，还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如，取决于所涉及的功能/动作，实际上可以实质上并发地执行，或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。
应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节，以便于对示例实施例的完全理解。然而，本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出***，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供一种基于语音交互的充电***，包括云服务器及多个充电桩；每个充电桩均包括桩本体及设置在桩本体内的控制箱；控制箱内设置有与云服务器通信连接的控制芯片；桩本体的正面嵌设有分别与控制芯片电连接的人体感应装置、生物特征采集装置、音频采集装置及音频输出装置；云服务器包括用户数据库。本实施例中，桩本体的正面还嵌设有与控制芯片电连接的感应式显示装置；感应式显示装置用于接收来自于控制芯片的视频文件、图片文件和/或文字文件并输出，还用于接收有效触点指令并发送至控制芯片。
作为其中一种优选的实施方式，如图3所示，控制芯片的型号可以但不仅限于为STM32F407ZGT6；STM32F407ZGT6是ST(意法半导体)推出的CortexTM-M4为内核STM32F4系列高性能微控制器，其采用了90纳米的NVM工艺和ART(自适应实时存储器加速器)，其中，ART技术使得程序零等待执行，提升了程序执行的效率，将Cortext-M4的性能发挥到了极致，使得STM32F4系列可达到210DMIPS@168MHz。同时，STM32F4系列微控制器集成了单周期DSP指令和FPU(floating point unit，浮点单元)，提升了计算能力，可以进行一些复杂的计算和控制。
作为另外一种优选的实施方式，如图7-10所示，控制芯片还电连接有电流检测电路、电压检测电路、电源降压电路及网口电路；电流检测电路通过电流互感器产生的电流信号接入到控制芯片的P20端口，经运算放大器U19A一级小信号放大，U19B射极跟随，后经电压钳位整流至正向波形输出到控制芯片的AD采样管脚进行ADC模拟量采集；电压检测电路经过240K多个电阻分压降压后，经过电压型电流互感器(2mA/2mA)隔离转换，将电压信号等比例转化成电流信号，转换成电流信号后的信号处理方式和电流检测电路相似，经信号放大、跟随和整流后输出到控制芯片的AD采样管脚进行ADC采样；电源降压芯片采用效率高、功耗低的TPS54531芯片，最高28V输入电压以及提供5A电流，且其内部带过压过流保护；网口电路中的网络接口芯片采用Wiznet的W5500芯片；w5500芯片是一款全硬件TCP/IP嵌入式以太网控制器，为嵌入式***提供了更加简易的互联网连接方案，W5500芯片集成了TCP/IP协议栈、10/100M以太网数据链路层(MAC)及物理层(PHY)，使得使用单芯片就能够拓展网络连接；另外，W5500芯片内嵌32K字节片上缓存以供以太网包处理，W5500芯片提供了SPI(外设串行接口)从而能够更加容易与控制芯片或其他处理器整合；而且，W5500芯片的使用了新的高效SPI协议支持80MHz速率，从而能够更好的实现高速网络通讯；为了减少***能耗，W5500芯片还提供了网络唤醒模式(WOL)及掉电模式供选择使用。
人体感应装置用于感应预设范围内是否有人体靠近，并将感应结果发送至控制芯片。作为其中一种优选的技术方案，人体感应传感器可以但不仅限于采用红外接近传感器或微波接近传感器。
作为另外一种优选的实施方式，如图4所示，人体感应装置采用人体感应传感器，人体感应传感器输出信号为模拟信号，ADC_TEMP的采样值和距离存在比例关系，经过信号采样处理后得出人体和桩本体的距离，以此作为依据判断人是否在桩本体附近；其中，LM258组成的射极跟随器，BAT54S起到电压钳位的作用，防止输出电压过高导致MCU击毁。
生物特征采集装置用于采集靠近桩本体的人体的生物特征，并将采集的生物特征发送至控制芯片。本实施例中，生物特征采集装置包括分别与控制芯片电连接的指纹采集器、虹膜采集器、静脉识别仪及人脸采集器；其中，人脸采集器可以但不仅限于采用红外摄像头，红外摄像头可覆盖人脸检测区域，面部采集率能够达到80％以上。
作为另外一种优选的实施方式，静脉识别仪和指纹采集器通过USB接口和控制芯片连接，控制芯片将采样后的数据上传至云服务器。
作为另外一种优选的实施方式，如图6所示，虹膜采集器及人脸采集器均采用图像采集电路实现，虹膜识别和人脸识别均采用摄像头拍摄照片后在云服务器进行数据处理，然后在云服务器验证通过后实现后续交互功能；其中，图像采集电路中的XC6206P302MR为LDO芯片，输出3V为摄像头模块有缘晶振提供电压；摄像头需要内置24M晶振，I2C通信为摄像头控制引脚。
音频采集装置用于采集靠近桩本体的人体的音频信息，并将采集的音频信息发送至控制芯片；音频输出装置用于接收来自于控制芯片的音频文件并输出。作为其中一种优选的技术方案，音频采集装置可以但不仅限于采用拾音器，音频输出装置可以但不仅限于采用扬声器。
本实施例中，控制箱内还设置有与控制芯片电连接的音频编解码器；音频采集装置及音频输出装置均通过音频编解码器与控制芯片电连接；音频编解码器用于将来自于音频采集装置的音频信息编码成数字音频后发送至控制芯片，还用于将来自于控制芯片的数字音频文件解码成模拟音频后发送至音频输出装置。
作为另外一种优选的实施方式，如图5所示，本实施例中采用WM8978芯片作为音频采集以及对音频信号的编解码和输出，通过I2S接口和主芯片进行交互，MIC是语音输入接口，通过控制芯片的LIP、LIN、MBCBIAS接口可以与WM8978芯片连接，音频信息采集后，WM8978芯片通过I2S接口可以与控制芯片通信，将接收到的语音信息通过网络接口上传到云服务器；另外，AW8733TQR为功放芯片，通过控制芯片的SPK_INN、SPKINP、SPKSHDN接口和WM8978芯片连接，当有语音输出时，可将语音信号放大后通过K1接口输出语音信息；PJ12可外接麦克风输入，PJ13可接外置音响。
控制芯片用于接收感应结果、生物特征及音频信息后发送至云服务器，还用于接收并处理来自于云服务器的指令信息。
云服务器用于接收并处理来自于控制芯片的感应结果、生物特征及音频信息，还用于发送指令信息至控制芯片，还用于将已完成注册的用户数据存储于用户数据库。
本实施例中，充电桩还包括嵌设于桩本体的正面的充电枪；充电枪的输出端通过充电开关与控制芯片电连接；需要说明的是，充电枪为现有的成熟技术，充电枪与交流电网直接电连接，充电开关用于控制充电枪是否能够充电。
实施例2：
本实施例是在实施例1的基础上做出的，具体为：
如图2所示，本实施例提供一种实施例1中基于语音交互的充电***的工作方法，包括以下步骤：
实时检测预设范围内是否有人体靠近，如是，则发送音频文件至音频输出装置，并触发音频采集装置；由此避免各个部件一直待机造成的资源浪费，在有人体接近时再出发音频采集装置，并播放提示等音频。
判断是否有音频信息产生，如是，则对当前音频文件进行编码处理及分析后形成语音指令；其中，语音指令是基于用户发出的语音内容识别生成。
判断当前语音指令是否为权限操作指令，如是，则触发生物特征采集装置，如否，则执行当前语音指令。本实施例中，权限操作指令包括充电枪使用指令、账户余额变动指令及用户信息查看指令，即涉及用户个人信息的指令均为权限操作指令，由此保证了用户的账户安全。
触发生物特征采集装置后，采集当前人体的生物特征，然后判断云服务器的用户数据库中是否存在与当前人体的生物特征匹配的用户生物特征，如是，则执行当前语音指令，如否，则发送包含提示信息的音频文件至音频输出装置。
以上所描述的实施例仅仅是示意性的，若涉及到作为分离部件说明的单元，其可以是或者也可以不是物理上分开的；若涉及到作为单元显示的部件，其可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (7)

1.一种基于语音交互的充电***，其特征在于：包括云服务器及多个充电桩；每个充电桩均包括桩本体及设置在桩本体内的控制箱；所述的控制箱内设置有与云服务器通信连接的控制芯片；所述的桩本体的正面嵌设有分别与控制芯片电连接的人体感应装置、生物特征采集装置、音频采集装置及音频输出装置；所述的云服务器包括用户数据库；
所述的人体感应装置用于实时感应预设范围内是否有人体靠近，并将感应结果发送至控制芯片，如是，则控制芯片发送音频文件至音频输出装置，并触发音频采集装置；
所述的控制芯片用于判断是否有音频信息产生，如是，则对当前音频文件进行编码处理及分析后形成语音指令；
所述的控制芯片还用于判断当前语音指令是否权限操作指令，如是，则触发生物特征采集装置，所述的生物特征采集装置用于采集靠近桩本体的人体的生物特征，并将采集的生物特征发送至控制芯片；如否，则执行当前语音指令；
所述的控制芯片接收生物特征采集装置发送的生物特征后，还用于判断云服务器的用户数据库中是否存在与当前人体的生物特征匹配的用户生物特征，如是，则执行当前语音指令，如否，则发送包含提示信息的音频文件至音频输出装置；
所述的音频采集装置用于采集靠近桩本体的人体的音频信息，并将采集的音频信息发送至控制芯片；
所述的音频输出装置用于接收来自于控制芯片的音频文件并输出；
所述的控制芯片用于接收感应结果、生物特征及音频信息后发送至云服务器，还用于接收并处理来自于云服务器的指令信息；
所述的云服务器用于接收并处理来自于控制芯片的感应结果、生物特征及音频信息，还用于发送指令信息至控制芯片，还用于将已完成注册的用户数据存储于用户数据库。
2.根据权利要求1所述的基于语音交互的充电***，其特征在于：所述的桩本体的正面还嵌设有与控制芯片电连接的感应式显示装置；所述的感应式显示装置用于接收来自于控制芯片的视频文件、图片文件和/或文字文件并输出，还用于接收有效触点指令并发送至控制芯片。
3.根据权利要求1所述的基于语音交互的充电***，其特征在于：所述的生物特征采集装置包括分别与控制芯片电连接的指纹采集器、虹膜采集器、静脉识别仪及人脸采集器。
4.根据权利要求1所述的基于语音交互的充电***，其特征在于：所述的控制箱内还设置有与控制芯片电连接的音频编解码器；所述的音频采集装置及音频输出装置均通过音频编解码器与控制芯片电连接；所述的音频编解码器用于将来自于音频采集装置的音频信息编码成数字音频后发送至控制芯片，还用于将来自于控制芯片的数字音频文件解码成模拟音频后发送至音频输出装置。
5.根据权利要求1所述的基于语音交互的充电***，其特征在于：所述的充电桩还包括嵌设于桩本体的正面的充电枪；所述的充电枪的输出端通过充电开关与控制芯片电连接。
6.一种基于语音交互的充电***的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
实时检测预设范围内是否有人体靠近，如是，则发送音频文件至音频输出装置，并触发音频采集装置；
判断是否有音频信息产生，如是，则对当前音频文件进行编码处理及分析后形成语音指令；
判断当前语音指令是否为权限操作指令，如是，则触发生物特征采集装置，如否，则执行当前语音指令；
触发生物特征采集装置后，采集当前人体的生物特征，然后判断云服务器的用户数据库中是否存在与当前人体的生物特征匹配的用户生物特征，如是，则执行当前语音指令，如否，则发送包含提示信息的音频文件至音频输出装置。
7.根据权利要求6所述的基于语音交互的充电***的工作方法，其特征在于：权限操作指令包括充电枪使用指令、账户余额变动指令及用户信息查看指令。
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