CN209310172U - 具有语音控制功能的空气净化器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有语音控制，语音播报，互联网在线以及本地音视频播放功能的空气净化器，该净化器包括语音控制模块、语音接收模块、传输模块、空气净化器电控模组和智能APP模块；在有网络环境下可通过语音交互功能，实现对净化器运行状态，运行状态参数播报，在线和本地音乐播放及视频播放功能，同时可通过与云服务器的连接根据用户发出的语音命令或询问信息与用户进行人机自然语言的交互，除了净化器本身的控制功能以外，还可以进行互联网信息与媒体的交互。

Description

具有语音控制功能的空气净化器

技术领域

本专利涉及一种具有语音控制功能的空气净化器，尤其涉及具有语音交互及视频，音乐等功能的智能化空气净化器。

背景技术

目前的空气净化器功能繁杂，但缺少一种具有语音控制及交互功能的净化类产品，而且目前存在的一些类似产品都只能识别简单功能(如开关等简单词组的响应)，使用起来有很大的限制，不具有通过语音学习功能，具备对空气净化器类产品的复杂控制逻辑。

同时通过增加语音交互功能，可以与现有的智能家居进行结合，实现如视频播放，音乐播放等功能，把一个简单的生活家电赋予更丰富的内容。

由于上述原因，本发明人对现有的空气净化器做了深入研究，以期待设计出一种能够解决上述问题的空气净化器。

实用新型内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种具有语音控制，语音播报，互联网在线以及本地音视频播放功能的空气净化器，该净化器包括语音控制模块、语音接收模块、传输模块、空气净化器电控模组和智能APP模块；在有网络环境下可通过语音交互功能，实现对净化器运行状态，运行状态参数播报，在线和本地音乐播放及视频播放功能，同时可通过与云服务器的连接根据用户发出的语音命令或询问信息与用户进行人机自然语言的交互，除了净化器本身的控制功能以外，还可以进行互联网信息与媒体的交互，从而完成本实用新型。

具体来说，本实用新型的目的在于提供一种具有语音控制功能的空气净化器，该净化器包括语音控制模块、语音接收模块和传输模块；

所述语音控制模块包括控制芯片，其用于根据接收到的指令控制该空气净化器工作，

所述语音接收模块包括喇叭2，还包括作为内部音频信号单元的存储芯片，和作为环境声音采集单元的麦克风1；

在所述空气净化器中还包括电机3和风轮4，所述电机3用于控制风轮4旋转，在风轮4周围设置有风道5，风轮4旋转带动空气流经风道5，从而使得空气进出该空气净化器，

所述麦克风1均布在风道5上方，所述喇叭2设置在麦克风的1上方，

所述麦克风1和喇叭2都设置有多个，且均匀分布；

所述麦克风1用于接收包含净化器内部声音和外部目标声音的环境声音；

所述存储芯片中存储有净化器内部音频信号；

所述语音接收模块与所述控制芯片之间通过物理导线相连，

所述语音接收模块中的存储芯片将净化器内部音频信号传递给控制芯片，

所述语音接收模块中的麦克风1将环境声音传递给控制芯片；

所述控制芯片能够去除麦克风1获得的环境声音中所包含的净化器内部声音信号，即可通过所述控制芯分离出目标音频信号。

其中，该空气净化器还包括语音识别***，

所述语音识别***与所述控制芯片相连，其用于分析语义；

所述语音识别***为讯飞开放平台上的语音识别***。

其中，所述语音识别***与所述控制芯片通过传输模块相连，或者通过物理导线相连。

其中，所述传输模块包括Wi-Fi，蓝牙，Zigbee无线传输模块及串口通讯中的一种或多种。

其中，该净化器还包括声纹模块，

所述声纹模块与语音接收模块相连，从而判断语音接收模块接收到的声音主人的权限；

所述声纹模块为LD3220语音识别模块。

其中，声纹模块还能够进行声纹学习，从而可兼容多种方言。

其中，所述控制芯片与喇叭2相连，

通过所述喇叭2发出与内部音频幅值相同，相位相反的声音。

其中，所述控制芯片与喇叭2通过物理导线相连，

通过所述喇叭2发出与内部音频幅值相同，相位相反的声音。

其中，所述控制芯片为芯片MCU为STM32F429ZE型号芯片。

其中，所述作为内部音频信号单元的存储芯片为 MX25L12835E型号存储芯片。

其中，该空气净化器还包括空气净化器电控模组，其用于将电源电压分别转换为所述控制芯片、喇叭2、存储芯片、麦克风1及电机3所需要的电压，并供电；

所述空气净化器电控模组的具体型号为HG-C-RA626A。

根据本实用新型提供的具有语音控制功能的空气净化器涉及一种依据物联网模式的大数据模拟，通过语音控制***实现对净化器的智能化操作，同时赋予净化器新的功能，使其更具有智能家居的意义。

附图说明

图1示出根据本实用新型一种优选实施方式的具有语音控制功能的空气净化器整体结构流程图；

图2示出根据本实用新型一种优选实施方式的具有语音控制功能的空气净化器内部结构示意图。

1-麦克风

2-扩音器/喇叭

3-电机

4-风轮

5-风道

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本实用新型进一步详细说明。通过这些说明，本实用新型的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

根据本实用新型提供的具有语音控制功能的空气净化器，如图1中所示，该净化器包括语音控制模块，所述语音控制模块具体包括控制芯片、语音接收模块、传输模块、空气净化器电控模组和智能APP模块；

语音控制模块安装在空气净化器的顶部，由控制终端，无线信号发射模块，麦克风/喇叭等组成，在有网络环境下可通过语音交互功能，实现对净化器运行状态，运行状态参数播报，在线和本地音乐播放及视频播放功能，同时可通过与云服务器的连接根据用户发出的语音命令或询问信息与用户进行人机自然语言的交互，除了净化器本身的控制功能以外，还可以进行互联网信息与媒体的交互。

智能APP模块通过网络连接实现语音接收，进而控制传输模块对净化器进行控制，同时可通过智能APP模块的语音输入终端调节净化器的运行状态，调取数据和视频功能选择等。

即所述智能APP模块安装在手机中，可以通过该智能APP 模块向空气净化器发送控制指令，与直接通过语音控制功能发出的指令类似，都能够转化为执行设备能够识别并执行的具体指令。

该空气净化器可通过语音接收和控制传输模块实现对净化器运行状态的控制，满足智能化的操控需求。

进一步地，该语音控制模块通过无线信号发射模块及麦克风矩阵，在屏蔽掉净化器本身噪音影响的同时，学习并识别语音信息并加以控制和展现，可以通过语音控制***实现净化器端音乐播报及空气状态提示等信息，同时可通过视频功能实现精准选择所需节目而与电视***搭配使用。

本实用新型通过一种外部目标声音获取装置和方法实现净化器的语音接收控制传输功能。该语音接收模块通过所述内部音频信号单元，将内部音频信号输出为内部声音；一个或多个环境声音采集单元，采集包括所输出的内部声音和外部目标声音的环境声音，并将所采集的环境声音转换为环境音频信号，通过比较消除所述环境音频信号中包含的内部音频信号，从而分离出所述目标声音的音频信号。本实用新型提供了一种包含外部目标声音接收控制传输功能的空气净化器。

具体来说，所述语音接收模块包括内部音频信号单元和环境声音采集单元；所述内部音频信号单元为存储芯片；

所述内部音频信号单元中存储有净化器内部声音，即内部音频信号，该净化器内部音频信号能够以声音的形式输出，即以音频信号的形式输出，也能够以数字信号的形式输出；所述净化器内部音频信号是指净化器在工作时，其自身会产生的噪音音频信号；

通过所述环境声音采集单元获得包含净化器内部声音和外部目标声音的环境声音，并将所采集的环境声音转换为环境音频信号；从而可分离出目标音频信号，即外部目标声音的音频信号。

所述内部音频信号单元中存储有该空气净化器在不同工作功率/档位下产生噪音音频信号，在空气净化器工作时，该内部音频信号单元能够调取获知空气净化器当前的工作功率/档位，从而给出当前状况下空气净化器产生的噪音音频信号；

优选地，在空气净化器调整到任一档位后的前10分钟内，还会实时接收并记录噪音音频信号，与其中存储的噪音音频信号相比较，并在差异较大时通过采集到的信号替换原存储的信号，以适应随着使用年限的增长，噪音逐渐增大的问题；

在前10分钟内，所述环境声音采集单元获得的声音信号中涵盖的与噪音音频信号相同的音频波段，将从中提取出的该音频波段的声波信息作为噪音音频信号，用于内部音频信号单元中信息的更新处理；

在内部音频信号单元中的信息更新处理完成后，去掉环境声音采集单元获得的声音信号中包含的与噪音音频信号相同的音频波段，从而使得接收到并传递给传输模块或者控制芯片的声音信号中仅有外部声音，无空气净化器内部噪音，降低后续声音识别的难度，提高声音识别的准确性。

在一个优选的实施方式中，如图2中所示，该空气净化器包括麦克风1和扩音器/喇叭2，其中麦克风1沿周向均匀的分布于风轮的上方，所述扩音器/喇叭2沿周向均匀分布于麦克风1 的上方。所述风轮为空气净化器中空气流动的动力装置，用于引导空气净化器中的空气流动。所述麦克风为所述环境声音采集单元的一部分，所述扩音器/喇叭用于发出语音信息，与使用者交互。

优选地，所述麦克风1和扩音器/喇叭2都是所述语音接收模块中的一部分，其中麦克风1是环境声音采集单元的重要组成部分，所述扩音器/喇叭2用于主动降噪和与使用者语音沟通。

所述空气净化器如图2中所示，还包括电机3、风轮4，电机3控制风轮旋转，风轮周围设置有风道5，风轮旋转后带动空气流经风道，从而使得空气进出空气净化器，所述麦克风均布在风道上方，所述扩音器设置在麦克风的上方，都设置有多个，且均匀分布。

通过所述麦克风1采集音频信号。内部音频信号单元给出空气净化器产生的噪音音频信号，然后将噪音音频信号和环境声音采集单元获得全部环境声音一并传输到控制芯片处，所述控制芯片优选地为芯片MCU，经过芯片MCU的比较计算，去除环境声音采集单元获得的环境声音中所包含的净化器内部声音信号，即可分离出目标音频信号。

优选地，所述控制芯片也称之为控制终端，包括所述芯片 MCU，还用于根据接收到的指令控制该空气净化器工作；

在本申请的一个优选实施方式中，所述的存储芯片优选为 MX25L12835E型号存储芯片，该MX25L12835E型号存储芯片为高性能串口Flash存储芯片，存储容量128Mbit，读写速度快，支持最高104MHz读取速度，支持8/16/32/64字节突发式读取模式，最快60ms擦除时间，功耗低，深度休眠时仅需40uA 电流，最高支持10万次擦写，方便于每次工作时根据具体的工作噪音更新存储芯片中的噪音音频信号。

在本申请的一个优选实施方式中，所述的芯片MCU优选为 STM32F429ZE型号芯片，该STM32F429ZE型号的芯片可以作为基于ARM Cortex-M4为内核的32位高性能微控制器，主频180MHz，集成了单周期DSP指令和浮点运算单元，可以进行一些复杂的计算和控制，IO接口丰富(4个UART串口、3个 I2C接口、6个SPI接口)，带有计时器、RTC时钟以及PWM输出，并集成了LCD-TFT显示控制器，既能够根据接收到的指令控制该空气净化器工作，还能够满足分离出外部目标声音音频信号的任务需要。

优选地，该空气净化器还可以采用主动降噪的方式进行降噪，即所述内部音频信号单元中存储有空气净化器在不同工作功率/档位下产生噪音音频信号及噪音幅值，再通过扩音器/喇叭2发出与噪音音频幅值相同，相位相反的声波/声音，使两个声波互相抵消，使用者就不会再听到空气净化器发出的噪音声音。

优选地，由于空气净化器产生的噪音随着空气净化器连续工作时间的延长而逐渐增大，当空气净化器连续工作时间超过一次设定值以后，对应增加噪音的幅值，即噪音的大小增加，每次增加1分贝；所述设定值优选为1小时，即每次连续工作一小时增加1分贝，连续工作两个小时，自然会一共增加2分贝。

所以在所述内部音频信号单元向外输出噪音音频信号及噪音大小时，结合当前风机的持续工作时间，对输出的噪音大小做出修正，以便于更为准确合理地消除噪音。

同时由于在采集到的声音中主动去除了噪音音频信号，所以为了主动降噪而发出的声波也一并被去除，从而不会影响后续的语音识别。

在一个优选的实施方式中，所述智能APP模块与云服务器交互，通过所述智能APP模块获得未来天气预报信息，进而提供出行提示；

具体来说，所述智能APP模块自动从云服务器中下载未来预定时间内的天气预报信息，并任选地通过显示屏幕予以显示；当语音控制模块与使用者语音交互的过程中涉及到天气信息时，所述语音控制模块自动调取所述天气预报信息，并以出行提示的方式提供给使用者。

在一个优选的实施方式中，该净化器还包括声纹模块，

所述声纹模块与语音接收模块相连，从而判断语音接收模块接收到的声音主人的权限。通过所述智能APP模块向所述声纹模块中传输当前声纹的权限信息，当连续接收到多个声纹对应的指令时，优先执行声纹权限高的指令；

优选地，所述声纹模块的具体型号为LD3220语音识别模块，通过选择该LD3220语音识别模块执行声纹识别工作相比于其他已知模块来说，其成本更低，成熟度和应用度也都能够满足常用家庭成员声纹识别的基本要求。

优选地，所述声纹模块设置在云端，所述语音接收模块接收到语音指令信息后，通过传输模块将该语音指令信息传递到云端中的声纹模块，在经由声纹模块分析声纹后再传给转化模块，所述转化模块通过进行声音区分分离及音频信号的转化后，再通过指令转换模块转化为相应的指令信号，通过Wi-Fi或者设备端的串口通讯方式传输给相应的控制端；其中，所述声纹模块可以选用如科大讯飞、百度等语音识别平台等已有的模块平台，通过该声纹模块的语音学习过程，识别不同的声纹波段。

在一个优选的实施方式中，语音控制模块包含语音接收模块和传输模块，所述语音接收模块包括麦克风矩阵，所述传输模块包括无线信号发射模块；

所述语音接收模块通过设置在如图2中所示位置的麦克风即环境声音采集单元接收相应的语音信息，再根据内部音频信号单元调取才内部噪音信息过滤处理掉噪音后，把得到的音频信息传递给声纹模块，在经过声纹分析后通过但不限于科大讯飞或百度语音识别***进行分析判断，即语义分析，通过其中的指令转化模块得到文字形式的控制指令，即将音频信息转换为文字信息，再进一步转换为数字信号，再将控制指令反馈给设备端，即反馈给空气净化器上的具体执行部件，如音箱，功率调节模块、电机等，设备端从而按照相应的通讯协议解析后转化为设备运行指令，从而实现语音对设备端的控制。

所述语音识别***具体可以选择为讯飞开放平台上的语音识别***，该语音识别***交互性好，运行流畅，语音识别度高，能够满足本申请中语音命令识别的需求。

所述传输模块包括无线信号发射模块，具体来说，可以包括但不限于Wi-Fi，蓝牙，Zigbee等无线传输模块及设备端的 485通讯及串口通讯等。传输模块的作用是把相应的信号通过有线或者无线的方式传输给设备端或者APP端实现对设备的控制。

所述空气净化器电控模组用于将电源提供的电压转换成空气净化器中各个模块需要的电压，进而分别给空气净化器中各个模块供电，可以选用本领域已知的电控模块，优选地，所述空气净化器电控模组的具体型号为HG-C-RA626A，该 HG-C-RA626A型号的空气净化器电控模组能够有效的兼容净化器本身的控制及相关的运行模式等，同时有效兼容声纹识别及主动降噪机构实现产品性能的最优化发挥。

所述进行语义分析的语音识别***可以设置在该空气净化器内部，也可以设置在云端，更优选地，在该空气净化器内部，和云端都设置有能够进行语义分析的语音识别***，当空气净化器与云端之间的通讯畅通时，通过云端中的语音识别***进行语义分析，当空气净化器与云端之间的通讯不畅时，通过设置在空气净化器内部的语音识别***进行语义分析，设置在空气净化器内部的所述语音识别***与所述控制芯片通过物理导线相连。

在与该空气净化器进行语音交互时，首先需要呼叫特定的词语/名称，如该空气净化器的名字等，空气净化器在捕获到该特定的词语/名称时，通过音箱或者喇叭发出交流/回复的语音信息，如“你叫我吗”、“有什么事情吗”等等，然后再将后续接收到的语音信息传递到云端，进行声纹识别、语义分析和转换，最终得到控制指令，回传给具体的执行设备，由执行设备执行该具体的指令。

实验例：

为了说明本实用新型提供的具有语音控制功能的空气净化器能够更好地识别并执行语音指令，具有更高的语音指令识别执行准确率，通过对比实验加以验证；

实验例:选用根据本实用新型提供的具有语音控制功能的空气净化器，该空气净化器中设置有本实用新型中所述的语音接收模块、传输模块、空气净化器电控模组和智能APP模块，该空气净化器能够通过语音接收模块消除接收到的语音信息中混入的空气净化器自身噪音，还能够主动降噪以降低使用者听到的噪音，将其放置在室内环境下，其工作状态为:空气净化器运行后，语音接收模块首先对空气净化器中电机、风轮运转所产生的噪声进行拾取，并经过1-10min的反复拾取加权平均后，计算出各个档位/功率对应的噪声，将此噪声转化为相应的声波频段，并形成波形信号，再通过MCU下发指令到扩音器/喇叭处，通过扩音器/喇叭形成并发出幅值相同、相位相反的声波，从而有效的降低风机运转产生的多余噪声。

在其工作开始10分钟后输入5次语音指令，在其工作80分钟后再次输入5次语音指令，在其工作200分钟后再次输入5次语音指令，分别统计每次语音指令的执行情况，开启该空气净化器的主动降噪功能，并且持续监测该空气净化上的噪音大小；

对比例:与之相对比地，在相同的室内环境下，设置现有技术中的普通空气净化器及与之相连的智能音箱，设定该空气净化器与实验例中的空气净化器具有相同的初始工作状态，该智能音箱可以通过接收语音信息控制空气净化器及其他相连的家用电器，由同一人分别在工作后10分钟、80分钟及200分钟后各输入5次语音指令，分别统计每次语音指令的执行情况，并且持续监测该空气净化上的噪音大小；

所述语音指令包括：

在设备处于待机状态时开机：使用者：“352空气净化器”，答“需要打开空气净化器吗？主人”，使用者“好的”，答“好的，主人，净化器已打开”；

需要调高风量时，使用者“352空气净化器”，答“有什么我可以帮您的，主人”，使用者“现在空气好吗？”，答“目前室内PM2.5浓度为xxμg/m3，空气质量轻度污染，目前室外空气质量有持续恶化的趋势，需要为您快速净化吗？主人”，使用者“好的”，答“预计20min后为您完成快速净化，主人”，使用者“好的”；

预报出行提示：使用者“352空气净化器”，答“怎么了，主人”，使用者“我要去xx地旅行，那个地方天气情况怎么样”，答“主人，我从大数据平台获取的您出行地的天气状况为xxxxxx”，使用者“好的”。

得到的统计结果如下表：

风量+指令是指提高风量指令，风量-指令是指降低风量指令，执行状况中的Y是指正确执行任务，执行状况中的N表示未能正确执行任务。

通过上述实验例和对比例的比较可知，本申请提供的具有语音控制功能的空气净化器能够更为准确地理解、执行语音指令，并且空气净化的噪音极低，达到可以被使用者忽略的程度；

在对比例中，由于需要经过智能音箱的传递，其传递过程更复杂，在多次未执行的语音指令中，至少有一次是因网络波动的原因导致的语音指令未执行，其他的未执行的语音指令中，大部分因噪音等因素的影响，导致语音识别不准确，未能准确判断语音指令对应的数字信号控制指令。

以上结合了优选的实施方式对本实用新型进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本实用新型进行多种替换和改进，这些均落入本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有语音控制功能的空气净化器，其特征在于，该净化器包括语音控制模块、语音接收模块和传输模块；

所述语音控制模块包括控制芯片，其用于根据接收到的指令控制该空气净化器工作，

所述语音接收模块包括喇叭(2)，还包括作为内部音频信号单元的存储芯片，和作为环境声音采集单元的麦克风(1)；

在所述空气净化器中还包括电机(3)和风轮(4)，所述电机(3)用于控制风轮(4)旋转，在风轮(4)周围设置有风道(5)，风轮(4)旋转带动空气流经风道(5)，从而使得空气进出该空气净化器，

所述麦克风(1)均布在风道(5)上方，所述喇叭(2)设置在麦克风的(1)上方，

所述麦克风(1)用于接收包含净化器内部声音和外部目标声音的环境声音；

所述存储芯片中存储有净化器内部音频信号；

所述语音接收模块与所述控制芯片之间通过物理导线相连，

所述语音接收模块中的存储芯片将净化器内部音频信号传递给控制芯片，

所述语音接收模块中的麦克风(1)将环境声音传递给控制芯片；

所述控制芯片能够去除麦克风(1)获得的环境声音中所包含的净化器内部声音信号，即可通过所述控制芯分离出目标音频信号。

2.根据权利要求1所述的具有语音控制功能的空气净化器，其特征在于，

该空气净化器还包括语音识别***，

所述语音识别***与所述控制芯片相连，其用于分析语义；

所述语音识别***为讯飞开放平台上的语音识别***。

3.根据权利要求2所述的具有语音控制功能的空气净化器，其特征在于，

所述语音识别***与所述控制芯片通过传输模块相连，或者通过物理导线相连。

4.根据权利要求3所述的具有语音控制功能的空气净化器，其特征在于，

所述传输模块包括Wi-Fi，蓝牙，Zigbee无线传输模块及串口通讯中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的具有语音控制功能的空气净化器，其特征在于，

该净化器还包括声纹模块，

所述声纹模块与语音接收模块相连，从而判断语音接收模块接收到的声音主人的权限；

所述声纹模块为LD3220语音识别模块。

6.根据权利要求5所述的具有语音控制功能的空气净化器，其特征在于，

声纹模块还能够进行声纹学习，从而可兼容多种方言。

7.根据权利要求1所述的具有语音控制功能的空气净化器，其特征在于，所述控制芯片与喇叭(2)通过物理导线相连，

通过所述喇叭(2)发出与内部音频幅值相同，相位相反的声音。

8.根据权利要求1所述的具有语音控制功能的空气净化器，其特征在于，

所述控制芯片为芯片MCU为STM32F429ZE型号芯片。

9.根据权利要求1所述的具有语音控制功能的空气净化器，其特征在于，

所述作为内部音频信号单元的存储芯片为MX25L12835E型号存储芯片。

10.根据权利要求1所述的具有语音控制功能的空气净化器，其特征在于，

该空气净化器还包括空气净化器电控模组，其用于将电源电压分别转换为所述控制芯片、喇叭(2)、存储芯片、麦克风(1)及电机(3)所需要的电压，并供电；

所述空气净化器电控模组的具体型号为HG-C-RA626A。