无接触式电梯智能语音控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种语音控制系统，具体而言，涉及新型无接触式电梯智能语音控制系统及其控制方法。


背景技术：

2.2020年，世界范围内的传染性疫情来势汹汹，发展迅速，给后勤服务保障工作带来巨大挑战。电梯空间相对密闭，人员容易聚集，物理按键上下行导致交叉感染风险急剧上升，是病毒传播的高发区域。国网中兴公司作为国家电网公司直属单位，主要负责物业服务、酒店运营、办公资产租赁、档案管理、文件销毁、社保支撑等业务，所属物业公司和酒店管辖的20余个服务区域，主要涵盖：办公楼宇、重点实验室、医院、数据中心、酒店、住宅楼等，总建筑面积超过100万
㎡
，因此基于公司管理区域分散，涉及专业较广，且与国家电力调度、安全生产息息相关作为国家电网公司后勤服务保障重要支撑，面对来势汹汹的新冠肺炎疫情，国网中兴公司既要兼顾自身员工防护，保障业务正常运转，更要从电网安全大局出发，主动承担责任，认真做好办公人员测温、公共区域通风、空调系统设备消毒、餐饮食品卫生等系列工作，直接面临疫情防控“前线”考验，是疫情防控阻击战的“主战场”。电梯作为办公楼宇特种设备，由于空间密闭，人员容易聚集交叉感染，属于疫情高风险区域，是疫情防控、后勤服务品质提升、资产运营管理、楼宇设备运维的重点关注对象。
3.随着社会经济发展，“大云物移智”技术快速更新，科技正在改善着我们的生活方式。当前，人工智能、物联网、数字孪生等技术进一步普及和成熟，办公楼宇作为后勤服务重点管理内容，逐渐成为智慧后勤、智慧城市建设的重要构成环节。未来我国的人工智能技术将会随着科技的发展逐渐进步，最终应用到生活的方方面面。
4.作为办公楼宇重要组成部分，电梯智能化管理日渐成为发展趋势。传统电梯的人工按键存在各种安全问题，特别是面临突发疫情时容易造成交叉感染。将智能识别、语音控制等新技术应用到电梯运行中，逐渐成为改善手动按键控制电梯方式，加强疫情防控的创新举措。智能语音控制技术与电梯系统融合，提供了一种全新的乘梯方案—全过程零接触。人们仅仅通过语音就可以快速、便捷地操作电梯，可有效避免电梯按钮成为病毒传播的“温床”，在较大程度上为战“疫”提供了一道有利屏障，用数字赋能确保疫情防控、复工复产精准有力。从方便、卫生这两个角度推测，人工智能语音电梯未来有望成为一种趋势。
5.截至目前，我国在人工智能技术方面的研究取得了一定进步，现代电梯技术已朝着更快、更稳、更安全及更人性化的方向迅速发展。人脸识别乘梯、厅外手势呼梯、ic卡/二维码乘梯等方面技术应用进一步丰富了电梯智能化管理手段，不仅为乘梯人员提供了便利，而且逐步影响着现代人的办公生活方式。其中，基于人脸识别技术的身份认证与传统的方法相比，具有更好的安全性、可靠性和有效性，人脸识别电梯能通过减少接触，阻断交叉感染，确保乘梯人的健康安全。厅外手势呼梯可有效避免电梯外呼按钮引起的病毒传播，人们通过手势就可以呼叫电梯。ic卡/二维码二合一的乘梯方案通过减少人们接触电梯按钮的机会来减少病毒的接触式交叉传染，业主可通过手机微信小程序等形式，生成有时效性
与楼层权限的二维码并将其给予访客，访客通过刷二维码实现指定楼层登记，既能提高楼宇安全性，又可解决普通ic卡系统限制无ic卡的访客乘梯问题。
6.然而，上述方法在实际应用中都存在一定局限性，诸如人脸被障碍物遮挡、ic卡丢失等等，不利于更加广泛的应用和推广。
7.此外，诸如中国专利：申请号：cn2018215444225，公告号：cn209000532u公开一种基于语音识别的电梯辅助控制电路，本实用新型语音识别模块用于识别语音信息，并将该信息传递给主控模块；主控模块分析处理该信息后发出相应的控制命令，控制命令传递给继电器控制模块，继电器控制模块控制继电器的通与断,同时将控制命令反馈给语音识别模块；语音识别模块读取语音存储模块中存储的语音信息，同时将对应语音信息通过外接扬声器播出。申请号：cn2018217833656，公告号：cn209507347u公开语音电梯控制输入器，所述控制输入器包括壳体、控制电路板，以及与控制电路板相连的通信模块（2）、供电单元、语音识别模块、显示屏、语音反馈模块；所述供电单元包括备用电源和外部电源接口；所述语音识别模块对电梯环境的语音指令进行识别并把识别结果输入至控制电路板的主控芯片（处形成电梯控制指令；所述控制电路板把识别结果和对电梯控制指令的响应结果通过语音反馈模块进行播报。申请号：cn201521003646，公告号：cn205170089u公开一种用于电梯轿厢内的语音接口电路，包括语音模块和放大电路，所述语音模块包括依次连接的语音输入模块、语音识别模块和单片机，用于识别语音输入并由所述单片机输出电压控制信号；所述放大电路的输入端与该单片机的输出端相连接用于将所述单片机输出的电压控制信号放大后输出至plc，所述plc的输入端与放大电路的输出端相连接用于控制电梯运行。
8.然而，上述现有技术虽然都采用了语音控制电梯运行，但是，上述现有技术或仅仅设置在电梯轿厢内、或电梯轿厢外采用语音控制（即没有对电梯大厅以及电梯轿厢同时进行语音控制），或对数据传输干扰没有针对性处理或对语音处理不科学或者电梯门经常发生误操作等现象，同时，上述缺陷也不利于当今疫情情况下完全采用语音控制实现完全无接触乘坐电梯的功能进而促使乘客喜欢并愿意使用该功能乘坐电梯。


技术实现要素：

9.为了解决现有技术中的不足，同时也为了适应现阶段疫情给公司带来前所未有的挑战，本实用新型公开一种新型无接触式电梯智能语音控制系统及其控制方法，其技术方案如下：
10.无接触式电梯智能语音控制系统，包括电梯轿厢外语音模块和电梯轿厢内语音模块；其特征为：
11.所述电梯轿厢外语音模块，安装在各楼层厅门外，其将乘客上下行召唤电梯信息和当前楼层信息通过串行通信总线发送给电梯控制器，同时接收电梯实时运行状态信息，并显示电梯运行方向与轿厢当前楼层；
12.所述电梯轿厢内语音模块，安装在电梯轿厢中，其将乘客上下行召唤电梯信息和当前楼层信息通过串行通信总线发送给电梯控制器，同时接收电梯实时运行状态信息，并显示电梯运行方向与轿厢当前楼层；
13.所述电梯轿厢外语音模块和电梯轿厢内语音模块均包括语音识别模块、语音播报模块、显示模块；所述电梯控制器分别与语音识别模块、语音播报模块、显示模块以及直流
接触器控制模块连接；所述语音识别模块识别语音信息，并将该信息传递给电梯控制器，电梯控制器分析处理该信息后，分别向直流接触器控制模块、语音播报模块发出控制命令，以控制直流接触器模块通断来代替电梯按钮开关以及语音播报模块播出相应的信息；当用户到达所需楼层时，播出楼层提示信息，显示模块显示楼层信息。
14.优选为：所述语音识别模块包括语音处理芯片：型号为ld3320芯片；所述电梯控制器包括信号处理芯片，其型号采用stc11系列单片机芯片。
15.优选为：所述语音播报模块中语音信息存储到tf卡中并将tf卡外接ld3320芯片。
16.优选为：当到达所需楼层时，ld3320内置单声道扬声器放大器输出，通过直接将其spop和spon引脚与扬声器直接连接。
17.优选为：所述直流接触器模块线圈两端并联二极管，其目的是保护三极管不会被线圈电感的反电动势击穿，所述二极管型号为in4148二极管。
18.优选为：所述直流接触器控制模块中包括光电耦合器，当电梯控制器发出控制命令后，信号处理芯片的输出端发出高电平与光电耦合器输入端通信，光电耦合器输出端与驱动三极管的基极连接进而实现直流接触器触点的导通和关断。
19.优选为：所示电梯控制器与电梯轿厢外语音模块之间的信号传输采用以tja1050芯片为核心的串行通信接口电路。
20.本实用新型还公开一种无接触式电梯智能语音控制系统的控制方法。
21.有益效果：
22.本实用新型提供了一种全新的乘梯呼梯方案，人们仅仅通过语音就可以无接触、快速便捷的召唤电梯，可有效避免电梯内招按钮成为细菌和病毒传播的“温床”。语音呼梯解决方案具备高集成的特点，可在极短的时间内完成对原厂及已有电梯的升级改造。即使疫情结束后，在医院、学校、商场、办公楼、住宅楼等人流高密集场所，对于提升电梯公共区域的卫生水平，防止细菌病毒的接触式交叉传染，也具备显著的价值。
附图说明
23.图1为实用新型无接触式电梯智能语音控制系统结构示意图。
24.图2为本实用新型电梯轿厢外语音模块工作示意图。
25.图3为本实用新型电梯轿厢内语音模块工作示意图。
26.图4为本实用新型语音控制系统结构框图。
27.图5为本实用新型语音模块电路原理图。
28.图6为本实用新型电梯控制器主控模块电路原理图。
29.图7为本实用新型语音识别流程图。
30.图8为本实用新型串口通信接口电路原理图。
31.图9为本实用新型语音降噪处理时选择窗函数进行分帧处理示意图。
32.图10位本实用新型语音经过去噪处理的语音进行切分对齐处理示意图。
33.图11为本实用新型应用后语音控梯和按键乘梯情况分析饼图；其中（a）为无接触式电梯智能语音控制系统应用第一周工作日电梯运行情况；（b）为无接触式电梯智能语音控制系统应用第一周周末电梯运行情况；（c）为无接触式电梯智能语音控制系统应用第二周工作日电梯运行情况；（d）为无接触式电梯智能语音控制系统应用第二周周末电梯运行
情况；（e）为无接触式电梯智能语音控制系统应用第三周工作日电梯运行情况；（f）为无接触式电梯智能语音控制系统应用第三周周末电梯运行情况。
34.图12位本实用新型应用于不同建筑电梯成效分析饼图；其中，（a）为无接触式电梯智能语音控制系统应用三周西单总部大楼电梯运行情况；（b）无接触式电梯智能语音控制系统应用三周银座大厦电梯运行情况；（c）无接触式电梯智能语音控制系统应用三周白广路综合楼电梯运行情况。
具体实施方式
35.以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
36.国网中兴公司从疫情防控实际需求出发，广泛调研，联合日立电梯等专业公司深入研究，围绕智能电梯防疫工作开展技术攻关，克服了日立、三菱、奥的斯等品牌电梯与语音控制技术融合问题，完成西单总部大楼、银座大厦、白广路综合楼3个办公楼宇30部电梯智能语音控制技术试点应用工作，获得业主单位和乘梯人员的一致好评，为后勤服务品质提升、楼宇设备运维、疫情防控管理等工作提供了专业保障。
37.下面我们详细阐述无接触式电梯智能语音控制系统的技术方案，参见图1
‑
3所示。
38.无接触式电梯智能语音控制系统，包括电梯轿厢外语音模块和电梯轿厢内语音模块；其特征为：
39.所述电梯轿厢外语音模块，安装在各楼层厅门外，其将乘客上下行召唤电梯信息和当前楼层信息通过串行通信总线发送给电梯控制器，同时接收电梯实时运行状态信息，并显示电梯运行方向与轿厢当前楼层；
40.所述电梯轿厢内语音模块，安装在电梯轿厢中，其将乘客上下行召唤电梯信息和当前楼层信息通过串行通信总线发送给电梯控制器，同时接收电梯实时运行状态信息，并显示电梯运行方向与轿厢当前楼层；
41.所述电梯轿厢外语音模块和电梯轿厢内语音模块均包括语音识别模块、语音播报模块、显示模块；所述电梯控制器分别与语音识别模块、语音播报模块、显示模块以及直流接触器控制模块连接；所述语音识别模块识别语音信息，并将该信息传递给电梯控制器，电梯控制器分析处理该信息后，分别向直流接触器控制模块、语音播报模块发出控制命令，以控制直流接触器模块通断来代替电梯按钮开关以及语音播报模块播出相应的信息；当用户到达所需楼层时，播出楼层提示信息，显示模块显示楼层信息。所述语音识别模块包括语音处理芯片：型号为ld3320芯片；所述电梯控制器包括信号处理芯片，其型号采用stc11系列单片机芯片。所述语音播报模块中语音信息存储到tf卡中并将tf卡外接ld3320芯片。当到达所需楼层时，ld3320内置单声道扬声器放大器输出，通过直接将其spop和spon引脚与扬声器直接连接。所述直流接触器模块线圈两端并联二极管，其目的是保护三极管不会被线圈电感的反电动势击穿，所述二极管型号为in4148二极管。所述直流接触器控制模块中包括光电耦合器，当电梯控制器发出控制命令后，信号处理芯片的输出端发出高电平与光电耦合器输入端通信，光电耦合器输出端与驱动三极管的基极连接进而实现直流接触器触点的导通和关断。
42.下面我们详细阐述无接触式电梯智能语音控制系统的工作原理及其工作过程。
43.当前普遍采用的电梯轿厢是乘客通过按钮实现选择，不利于现阶段疫情防疫的需要，因此本实用新型将原有电梯轿厢内、外部分增加了语音识别功能，该语音识别功能和按钮功能并存，以满足不同人群的需要，其中本实用新型设计的语音识别乘梯优先级最高，当无接触式电梯智能语音控制系统检测到乘客语音指令会优先处理语音指令，当无语音控制命令时，处理按键指令，由于处理器处理速度非常快，因此，经过多次实验论证，该系统并不会因为设置上述优先级而遗漏按键控制指令事件的发生。
44.本实用新型无接触式电梯智能语音控制系统所包括电梯轿厢外语音模块和电梯轿厢内语音模块的电路结构及其功能作用相近，因此本实用新型仅仅介绍一套电梯轿厢内语音模块及其工作原理，其另一套诸如电梯轿厢外语音模块不涉及的功能等可以屏蔽，因此，电梯轿厢外语音模块仅仅是电梯轿厢内语音模块一种简单应用，其工作原理相同，不同的地方本实用新型将做重点描述。
45.由于现实环境的复杂干扰，使得信号在传输过程中会发生错误，下面我们详细阐述系统噪声的处理手段：
46.首先，通过麦克风输入的语音信号要进行外界环境噪音的处理，在进行滤波去噪处理时，我们采用有限脉冲响应数字滤波器来实现对噪声的滤除，同时采用窗函数法来设计有限脉冲响应数字滤波器。其具体设计原理如下：
47.先给出理想滤波器的频域，再用一个线性滤波器的频响去逼近理想滤波器的频响。窗函数法是在时域进行的，所以必须先求出理想频响对应的单位脉冲响应，再设计 fir 滤波器的单位脉冲响应 h (n)去逼近 h(n)。数字滤波器的频率响应都是ω的周期函数，它的傅立叶级数展开式为：
[0048][0049]
其傅里叶级数系数就是理想数字滤波器的单位脉冲响应，且
[0050][0051]
其中，为滤波器的归一化截止频率，是无限长的序列，系统非因果的，因此需要把截断，以得到一个有限长的因果序列，让去逼近，如把右移（n
‑
1）/2位得：
[0052]
一个关于（n
‑
1）/2 点偶对称的序列，其相位是严格线性的，但这种直接平移截取的方法，会产生吉布斯(gibbs)现象，即随着窗口长度的增加，窗口频谱的主瓣宽度变窄，频谱旁瓣个数增加，但主瓣与旁瓣相对比例基本不变，因此增加窗口长度，由于主瓣宽度变窄可减小过渡带宽，又由于频谱旁瓣个数增加而使得通带内起伏和阻带内的余振增加，但肩峰强度以及阻带最小衰减基本不变，阻带衰减特性，必须减小旁瓣与主瓣的相对比例，使窗口能量集中在频谱主瓣，这样一来又增加了主瓣的宽度，其结果将导致过渡带变宽。实际应用中要兼顾过渡带宽和阻带衰减。本实用新型语音信号处理中的窗函数采用汉
明窗进行分帧处理，首先要进行的是将长段的语音数据分割为短段的语音数据，这是考虑长段的语音数据在统计上是不平稳的，我们需要先将之处理为合适的平稳的语音数据。在实践中汉明窗和矩形窗经常被用来处理这个问题，这里使用选择窗函数进行分帧处理，分帧处理参见附图9；接下来进行参数估计，考虑到实时性要求，采用端点检测法来区分语音段和噪声段，通过两段功率谱相减可以得到语音段的参数；然后利用有限脉冲响应数字滤波器滤波前期处理过的语音数据进行滤波。
[0053]
本实用新型结合上述滤波器设计原理，设计本系统滤波器如下：
[0054]
设置通带边缘频率10khz，阻带边缘频率22khz，阻带衰减75db，采样频率
[0055]
50khz。
[0056]
过渡带宽度=阻带边缘频率
‑
通带边缘频率=22
‑
10=12khz
[0057]
采样频率：f1=通带边缘频率 (过渡带宽度)/2=10000 12000/2=16khz
[0058][0059]
理想低通滤波器脉冲响应：
[0060][0061]
根据要求，窗函数长度为：
[0062]
选择n=25，窗函数为：
[0063][0064]
滤波器脉冲响应为：
[0065][0066]
根据上面计算，各式计算出，然后将脉冲响应值移位为因果序列，完成的滤波器的差分方程为：
[0067][0068]
经过去噪处理的语音，接下来要进行切分对齐处理，就是按照文本里的文字，和语音中的每个字的发音，进行一一对应的切分对齐，使得每个字都对应好自己的发音。整个过程中主要包括语句自动切分技术和音段自动切分技术。在语句自动切分处理时，首先是隐马尔可夫的训练和语音解码，得到被处理语音的特征参数，对每个音素建立隐马尔可夫,然后获得音素的时间信息，对于语句的标点符号，采取音素sil 代表。最后根据语句的音素sil 的时间信息，将篇幅语音切分成句子语音。在音段自动切分处理中结合隐马尔可夫和维特比算法，使用维特比算法对语音信号和相应文本进行强制对齐，可以取得较好的切分效果。过程如图10 所示。完成语音和文本的切分对齐后，最后将语音数据和文本数据一一对应存储，建立索引，基本完成了语音库建设。
[0069]
其次，在工业领域中大量使用串行通信来进行数据传输，ｒs485 接口是平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力强，在电梯控制系统中广泛运用，然而，由于can总
线收发器tja1050 具有良好的电磁兼容性，并且在不上电时，总线呈现无源特性，可以有效避免对总线上其他节点的干扰，因此，正是由于tja1050 的良好电气特性，并且与ｒs485 总线的差分电气协议兼容，本实用新型电梯轿厢外语音模块通过使用tja1050 代替ｒs485收发器，由tja1050 的电气特性可知，当1.5 v≤vcanh
‑
vcanl≤3 v 时，表示为显性: 当
‑
500 mv≤vcanh
‑
vcanl≤50 mv 时，表示为隐性。电梯控制器中的主控制芯片在通信过程中通信的信息，高低电平经过tja1050 的转换，对应表现为隐性和显性。即当canh＞canl 时是低电平，反之为高电平。由于在实际使用过程中，会发生一些意想不到的情况，因此在tja1050 原始电路的基础上，还需要加入一些抗干扰电路的设计，参见附图8,当总线上的其他收发器都被禁止时，由于总体反向电流较大，引起电压的不对称偏置，则经过tja1050 输入到主控制芯片的ｒx 数据变为低电平，这将频繁触发主控制芯片的接收中断，影响主控芯片系统程序的正常运行，因此在设计中，加入canl 的上拉电路和canh 的下拉电路，这样在tja1050 不发送数据的情况下，使总线呈现隐性，以免主控制芯片被频繁中断；为了避免电路中尖峰电压对tja1050 芯片的损害，在电路中加入5v双向tvs管并接地，以保证输入canl和canh的电压保持在安全范围内，同时起到钳制canl和canh之间的压差，减少通信过程中的干扰影响。在应用系统工程的现场施工中，由于通信载体是双绞线，它的特性阻抗约为60ω左右。根据iso11898 中定义的线性拓扑结构，终端电阻和电缆阻抗的紧密匹配可以确保数据信号不会在总线的两端反射；为了有效地增强信号强度，两个终端电阻并联后的值应基本等于传输线在通信频率上的特性阻抗；所以线路设计时，在canl和canh两线间连接120ω的终端电阻以减少线路上传输信号的反射，增加传输的抗干扰能力。
[0070]
电梯控制器中主控制芯片采用stc11系列单片机与语音识别芯片ld3320 通过tja1050芯片为核心的can总线收发器实现信号之间的传输，电梯控制器中主控制芯片与语音芯片ld3320通信，接收语音命令，并输出相应控制命令。
[0071]
该系统噪声可以主要分为系统内部噪声和麦克风输入噪声两部分。针对系统内部噪声，可以通过合理规划各硬件模块位置，使其尽量远离，避免交叉干扰。同时将声音采集模块用海绵包裹，避免与其他部分直接接触。此外，由于该模块是非特定语音识别模块，对任何人的声音都可进行判断，为了避免误识别，可以设置口令模式，即只有先说出口令才能进一步识别。其次，为了更好地识别效果，要求客户尽量讲普通话，注意发音技巧。最后，要使电梯环境尽可能安静。语音识别是对声音比较敏感的设备，有噪音和人员对话时会影响识别距离和识别精度。
[0072]
在电梯环境中进行语音识别测试:分别采集男、女各10人的语音信息，每人每层采集10次，然后进行语音识别准确率分析，经过对上楼时语音测试统计（下楼时测试方法类似），该系统提供的设计方案准确识别率能够达到８７％，具有较好的语音识别效果。
[0073]
下面我们结合图4
‑
10详细阐述电路工作原理。
[0074]
该控制系统主要包括：电梯控制器、语音识别模块、直流接触器控制模块、语音播报模块、直流接触器模块、显示模块等功能模块。首先，通过语音识别模块识别语音信息，并将该信息传递给电梯控制器，电梯控制器分析处理该信息后，分别向直流接触器控制模块发出控制命令，当接收到控制命令后，语音播报模块播出相应的信息，同时当用户到达所需楼层时，播出提示信息，显示模块显示相应的楼层信息。具体系统框图如图4所示。
[0075]
本系统采用自动语音识别芯片为ld3320，该芯片集成了处理器和一些外部电路，
包括ad、da 转换器、麦克风接口、声音输出接口等。ld3320内部集成语音特征库，能够实现非特定人的语音识别( asｒ) 功能。该语音识别芯片基于非特定人（speaker－independent automatic speech recognition si
‑
asr）技术的语音识别声控芯片。asr技术是基于关键词语列表识别的技术。每次识别的过程，就是把用户说出的语音内容，通过频谱转换为语音特征，和这个关键词语列表中的条目进行一一匹配，最优匹配的一条作为识别结果。只需要设定好要识别的关键词语列表，并把这些关键词语以字符的形式传送到 ld3320内部，就可以对用户说出的关键词语进行识别。asr技术最重要的现实意义就在于提供了一种脱离按键，键盘，鼠标的基于语音的用户界面（voice user interface,vut）。该芯片主要特色功能在于：非特定人语音识别技术，不需要用户进行录音训练；可动态编辑的识别关键词语列表送进芯片；不需要任何外接的辅助 flash和ram；内置高精度a/d和d/a 通道；高准确度和实用的语音识别效果。ld3320语音芯片作为语音的录入点，可以对多组不同的字和句进行有效识别，每一组的存储时间可以达到1.5 s 左右，录入信息可以是单词，也可以是连词；另外，语音还可以是通过编程顺序或者键盘录入存储。语音通过麦克风并通过放大器将录入信号放大进行识别，之后再完整输出到单片机中，语音信号通过信号数字处理之后仍将其存放在存储体中；当芯片里面录入目标语音后，识别形式自动切换出来，运行工作时，系统会把当前输入的语音与目标语音进行比较，如果语音信号正确，则高压电或低平电会被芯片从输出端口输出。如果长时间没有语音信号，省电模式会开启运行，如果再次输入语音信号则立刻进入运行模式，这样大大节省了电梯的能耗。语音数据采集的设计语音识别的操作顺序是: 语音输入ld3320音频处理器进行处理，音频采样录入识别列表，保存在存储器中，处理器读取存储器，与关键词相匹配开始识别，识别结果发送给单片机。并准备好中断响应函数，打开中断允许位。语音控制模块电路原理图参见图5所示。
[0076]
本实用新型选用宏晶系列stc11系列单片机作为电梯控制器的主控电路芯片，该芯片具有高速、低功耗、超强抗干扰的特点，指令代码完全兼容8051，但速度比其快８
‑
1２倍，内部集成高可靠复位电路，可应用于高速通信，智能控制，强干扰场合。其复位电路、时钟电路以及外围引脚电路如图6所示。该电梯控制器的主控电路中，增加复位按钮可实现人工强制复位，其电路结构是单片机复位管脚与电容和复位按钮并联后连接，复位按钮一端接电源电压vcc，另一端通过电阻接地。
[0077]
本实用新型采用songle直流接触器进行通断控制，能够承受10a250vac、10a125vac、10a30vdc、10a28vdc四种类型电压，能够实现通断控制；当有识别结果时，语音识别芯片触发主控器的外部中断，主控制芯片系统程序每隔一个固定的周期(10ms) 执行一次语音识别模块的任务，进而实现对电梯的控制。
[0078]
以10层楼为例，本实施例设计了10路直流接触器模块，分别控制１～１０楼的电梯按钮的通断。具体控制流程为：首先识别语音关键词（如：上２楼，上３楼，
…
，上１０楼；小立一楼、小立开门），语音模块识别后与电梯控制器通信，电梯控制器经过分析处理后，发出相应的控制命令一路给语音播报模块发出如：“好的，已登记开门中”等，另一路通过控制直流接触器通与断，代替电梯按钮的开与关。
[0079]
直流接触器模块包括直流接触器k1和光电耦合器件。光电耦合器件中发光二极管的正极接电梯控制器主控芯片输出脚，用于接收主控芯片的输出信号，光电耦合器件中发光二极管的负极通过电阻r1连接到地。光电耦合器件中光敏三极管的发射极连接到一三极
管的基极；光敏三极管的集电极接续流电阻r2的一端；三极管的发射极接地；三极管的集电极、续流二极管d1的负极、续流二极管d2的正极连接后接直流接触器k1的一个线圈端；续流二极管d1的正极接电阻r1的一端；电阻r1的一端、电阻r2的一端、续流二极管d2的负极连接后接直流接触器k1的另一个线圈端。直流接触器k1的公共端接连接件的3脚，直流接触器k1的常开端接连接件的1脚，直流接触器k1的常闭端接连接件的2脚，其中连接件为三脚接插件，代替传统的按键开关，实现了语音识别登记电梯指令的功能。
[0080]
本实用新型直流接触器模块线圈两端并联由二极管与功率电阻串联电路，其目的是保护三极管不会被线圈电感的反电动势击穿，所述二极管型号为in4148二极管。所述直流接触器控制模块中包括光电耦合器，当电梯控制器发出控制命令后，信号处理芯片的输出端发出高电平与光电耦合器输入端通信，光电耦合器输出端与驱动三极管的基极连接进而实现直流接触器触点的导通和关断。
[0081]
语音播报模块是为了使该电梯辅助控制系统更加人性化，同时也是对特殊人群的照顾。当到达所到达楼层时，会播报出所到达楼层的相应信息。例如：当到达５楼时，扬声器会播出“５楼已到达，请慢走！”。该语音信息可以通过voice reader语音合成软件制作而成，然后存储至ｔｆ卡，并将该ｔｆ卡外接ｌｄ３３２０芯片。当到达所需楼层时，就播出该语音信息。ld3320内置550ｍｗ单声道扬声器放大器输出，通常直接将其spop和sponｎ引脚直接外接扬声器即可。
[0082]
此外，由于申请人对负责管理的大厦楼层有的多达上百层，大厦高度上百米，为了确保电梯安全准确的到达每一层执行接送乘客任务，本实用新型对电梯楼层的检测是利用气压变化差值计算得出海拔相对变化高度，再根据楼层自身高度，测算出电梯运行层数，具体算法如下：
[0083]
先设置一个楼层计数变量count 并赋值程序开始运行时的楼层楼，一般默认程序在一楼复位开始检测运行，则记count=1，再记一层楼的实际高度为变量high，当电梯开始运行时，状态位run = 1，通过串口向传感器发送指令0xff 0xaa 0x01 0x01 0x00 将根据传感器气压值换算的海拔高度设置为默认值0m，获取此时气压值记为data1，然后等到电梯停止run = 0 时，获取当前气压值记为data2，再对data1、data2 进行差值运算结果记为data change，这就是电梯运行的气压变化差值，将data
‑
change 经过气压—海拔高度转换算法得到相对高度变化值change
‑
h，最后计算change
‑
h/high = change
‑
count，由于计算出的change
‑
count 为浮点数，所以对其四舍五入后取整，由此可计算出当前电梯到达楼层为count = change
‑
count 层。
[0084]
本实用新型采用陀螺仪作为楼层检测传感器，其采集的数据是以16 进制的方式进行传输，为了得到正确数据包，必须在串口接收到数据后进行校验，根据通讯协议规定0x55 开头sum 结尾的数据包为一个正确的数据包，本系统只需要气压值，所以根据协议只筛选出气压值数据包0x55 0x55 p0 p1 p2 p3 h0 h1 h2 h3 sum 即可，每个数据由高字节、低字节组合成一个有符号的short类型数据，计算方法如式( 1)
[0085]
[0086]
计算出大气压强后，再根据大气压强测算出海拔高度，假设空气为理想标准大气状态，则大气压强与海拔高度存
[0087]
在如式( 2) 关系
[0088][0089][0090]
式( 2) 是关于气压和高度的非线性关系式，在编程时比较复杂计算量较大，影响程序响应速度，因此将式( 1) 优化改进，先对其进行微分计算得到式( 3)
[0091][0092][0093][0094]
采用这种算法将复杂的非线性关系转变线性关系式，既简化了编程难度又极大的提高了程序响应速度。
[0095]
本实用新型基于语音识别的电梯辅助控制系统，是一个可以较好地实现人机交互便捷性的系统，不仅有比较稳定的识别效果，同时还体现了离线识别的优势，很好地规避了其缺点。具体的语音识别方法如下：
[0096]
1、首先进行语音识别初始化，并对相关寄存器进行设置；
[0097]
2、进行关键词设置，写入识别条目。每个识别条目对应一个特定的编号，不同的识别条目可以有相同的编号，编号顺序无需连续，部分关键词如表１所示；
[0098][0099]
3、通过咪头进行语音信息的采集；
[0100]
4、将采集到的语音信息与已经设置好的关键词进行匹配，查找是否有相应的语音信息；
[0101]
5、若识别成功，则进行直流接触器控制操作，等待到达相应的楼层，到达后播出相应的提示信息；若识别失败，则结束，并发出相应的语音提醒；
[0102]
6、当每次语音识别结束后，即到达相应的楼层后，相应楼层直流接触器控制开关恢复初始状态，语音模块等待下一个语音信息。
[0103]
在该语音识别辅助控制系统设计过程中，主要涉及以下几个参数的设置：
[0104]
１）波特率。波特率是针对串口通信功能的一个通信速度参数调整，参数值如下：１bps～4800bps；２bps～9600bps；３bps～19200bps；４bps～57600bps；５bps～115200bps。不同序号对应不同的波特率，通常选9600bps。
[0105]
２）音量。音量调整为喇叭的音量大小调整参数，具体参数如下：参数范围：０～15；０：最小音量；15：最大音量。音量大小根据实际情况设定，在该控制系统中设置为10。
[0106]
３）麦克风灵敏度。麦克风灵敏度即不同识别距离，识别距离越远，表明其灵敏度越高。具体参数如下：参数范围：１
‑
99；１：最低灵敏度；99：最高灵敏度。灵敏度越高，识别距离越远，但误识别率容易越高，故灵敏度并不是越高越好。具体参数表２所示。本控制系统根据实际情况选择灵敏度为75。
[0107]
本实用新型还根据该系统公开一种无接触式电梯智能语音控制系统的控制方法。其控制方法如下：
[0108]
当乘客在大厅准备乘坐电梯时，首先对麦克风发出诸如“上楼、下楼”指令，麦克风输入的语音信号进入语音模块电路，语音芯片ld3320识别信息后将信号传递给单片机主控电路；主控电路的单片机将信号处理后通过单片机输出管脚送到直流接触器模块in0口。信号电流通过直流接触器模块中的发光二极管使其发光，光敏三极管(光电耦合器的输出端)因光照产生电流。电流经过直流接触器k1线圈两端，控制直流接触器k1的开关端；开关连接到连接件，代替传统的按键开关。主控电路将信号通过单片机送到直流接触器模块in0口的同时,将信号通过语音播报模块送入到语音播报模块。语音播报模块收到信号后，将相应的语音播报信号通过ld3320芯片的i/o脚送入到语音识别模块，语音识别模块读取语音播报模块中的语音信息后，通过语音识别模块ld3320芯片外接扬声器播出相应的语音信息，同时电梯门上的显示屏通过显示模块显示电梯时时状况。
[0109]
同理，当乘客进入电梯箱体后，首先对麦克风发出诸如“上十楼、下二楼”等指令，麦克风输入的语音信号进入语音模块电路，语音芯片ld3320识别信息后将信号传递给单片机主控电路；主控电路的单片机将信号处理后通过单片机输出管脚脚送到直流接触器模块in0口。信号电流通过直流接触器模块中的发光二极管使其发光，光敏三极管(光电耦合器的输出端)因光照产生电流。电流经过直流接触器k1线圈两端，控制直流接触器k1的开关端；开关连接到连接件，代替传统的按键开关；主控电路将信号通过单片机送到直流接触器模块in0口的同时,将信号通过语音播报模块送入到语音播报模块；语音播报模块收到信号后，将相应的语音播报信号通过ld3320芯片的i/o脚送入到语音识别模块，语音识别模块读取语音播报模块中的语音信息后，通过语音识别模块ld3320芯片外接扬声器播出相应的语音信息，同时电梯箱体上的显示屏通过显示模块显示电梯时时状况。
[0110]
当电梯控制器检测到已经登记的到达楼层时，电梯轿厢停到对应的楼层，同时语音播报模块发出到达指令告知乘客；当设置在电梯轿厢门上的红外传感器经过设定时间延长后检测到没有人员进出电梯轿厢后，关闭电梯轿厢门，执行下个运送任务。
[0111]
申请人发现：电梯控制器在执行关闭电梯轿厢门的指令时，经常会发生关门误操作事件，因此，本实用新型在红外传感器检测电路上增加延时直流接触器（根据大厦人员分布情况设置多路延时时间如5秒、7秒、10秒）以进一步确保人员安全出入电梯轿厢。
[0112]
本实用新型技术方案经过在国网中兴下属各个单位运行，其具体成体情况以及技术应用成效分析如下：
[0113]
通过图11统计可知，在疫情期间，随着投入运行时间增加，电梯智能语音控制技术逐渐受到越来越多乘梯人员认可，预计一个月后，语音控梯和按键乘梯比例会逐渐平稳，保持在相对固定的区间范围内。
[0114]
通过图12成效分析可知，智能电梯语音控制技术应用两周以来，受建筑物环境、人员数量等因素影响，三栋办公楼宇语音控梯和按键乘梯比例不同，但相对固定，推测出智能技术应用对办公楼宇服务品质提升具有积极的促进作用。
[0115]
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。