自动提醒用餐者使用公筷公勺的聚餐用具系统及控制方法与流程

1.本发明属于智慧餐饮技术领域，具体涉及一种自动提醒用餐者使用公筷公勺的聚餐用具系统，本发明还涉及一种自动提醒用餐者使用公筷公勺的聚餐用具系统的控制方法。


背景技术：

2.公筷公勺仿佛一面镜子，映照着公共卫生意识与社会文明风貌。疫情防控是对病毒的战斗，也是对生活方式的检验、健康习惯的重塑、大健康理念的深化、文明素养的培育。随着餐饮行业的逐渐复苏，城市的大街小巷热闹非凡，久违的烟火气也慢慢回归。受疫情影响，人们对安全饮食的要求愈加强烈，全国各地倡导公筷公勺的风气势如破竹。无论从现代文明饮食习惯出发，还是从疾病预防、公共卫生乃至大健康的角度而论，使用公筷公勺进行疫情防控都是一场亟待深化的“餐桌革命”。但在实际就餐过程中，聚餐者往往会出现忘记公筷公勺“身份”“公”“私”混用的现象，可能会造成尴尬矛盾的局面，影响聚餐氛围。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种自动提醒用餐者使用公筷公勺的聚餐用具系统，解决了现有技术中存在的聚餐者往往会出现忘记公筷公勺“身份”，“公”“私”混用的问题。
4.本发明的另一目的是提供一种自动提醒用餐者使用公筷公勺的聚餐用具系统的控制方法。
5.本发明所采用的第一技术方案是，自动提醒用餐者使用公筷公勺的聚餐用具系统，包括微处理器，微处理器同时与语音处理模块、语音播报装置、sd卡、wi
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fi通信模块、电源模块连接，wi
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fi通信模块还与系统平台连接，系统平台又与手机终端通过信号连接。
6.本发明第一技术方案的特点还在于，
7.微处理器型号为lpc2103，语音处理模块所用芯片为ld3320，语音播报装置采用dfplayer mini模块；wi
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fi通信模块型号为esp8266；电源模块采用220v/3.3v开关电源。
8.本发明所采用的第二技术方案是，自动提醒用餐者使用公筷公勺的聚餐用具系统的控制方法，基于自动提醒用餐者使用公筷公勺的聚餐用具系统，具体按照以下步骤实施：
9.步骤1、系统平台为每一个包间建立四位数据码，前三位表示包间号，最后一位表示预订情况：“1”表示已被预定，“0”表示未被预订，当前可预约；
10.步骤2、系统平台为新用户提供注册服务，用户注册后系统平台7生成对应的数据库保存该用户的密码数据和聚餐服务预订信息，用户通过手机终端进入系统平台并发起登录请求，系统平台查询该用户的数据库，比对账号密码数据是否匹配，若不匹配则返回登录界面；若密码验证正确，且系统检测到当前存在未被预订的包间，则向用户发送预约许可；
11.步骤3、用户得到系统平台的许可后，通过终端远程操作，进行包间服务设置；具体地，系统平台将用户上传的歌曲音频文件和预约信息编码后保存在该用户的数据库文件夹中；
12.步骤4、系统平台将用户数据通过wi
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fi模块传送至用户所预订餐馆包间的聚餐用具系统，音频文件保存在sd卡中，在聚餐者到场时可提供其远程设定的相应智能服务。
13.本发明第二技术方案的特点还在于，
14.步骤4具体如下：
15.步骤4.1、用户在聚餐包间中讲出语音指令，被语音处理模块捕获后，进行音频信号处理：包括语音的预处理、特征参数提取、模式匹配、识别输出。具体的，首先将接收到的音频信号进行滤波预处理，截止频率为200hz，滤除信号中的直流偏置分量和聚餐包间中的低频噪声，在特征参数提取之前，对音频信号进行长度为20
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40ms的分帧，设置帧与帧之间的重叠为10ms；
16.步骤4.2、分帧完成之后，对每一帧数据进行mel变换，提取特征参数，在mel变换频率中提取出梅尔频率倒谱系数mfcc，梅尔频率倒谱系数mfcc能描述人耳频率的非线性特性，mel频率与线性感知频率f的关系用式(1)具体表示如下：
[0017][0018]
对mel频率取对数并作离散余弦变换，得到梅尔频率倒谱系数mfcc()；
[0019]
步骤4.3、模式匹配阶段将所述步骤4.2得到的语音的特征矢量参数和参考模型库中的参考模型进行相似性度量比较，参考模型库中的参考模型包括各地方言在内的语音经过预处理和特征提取后得到特征参数，再通过特征参数建模，建立训练语音的参考模型库，然后将相似性最高的输入特征矢量作为识别结果输出，从而达到识别用户语音指令的目的，不同指令对应不同的返回值，传输给微处理器后，从sd卡中读取相应音频文件，控制语音播报系统3播放对应的聚餐歌曲或公筷倡导语。
[0020]
本发明的有益效果是，一种自动提醒用餐者使用公筷公勺的聚餐用具系统及控制方法，聚餐者可预先在手机上选择餐馆包间、手机点菜、定制聚餐提醒用语和献唱歌曲(如生日快乐、校歌、国歌)等，平台将其上传至餐馆的聚餐用具系统，聚餐者也可现场将聚餐场合的相关词句嵌入人工智能系统，聚餐用具系统通过语音自动提醒聚餐者使用公筷公勺用膳，同时实现智能呼叫服务员及特定歌曲献唱，打造智慧餐桌，以小小的公筷公勺为抓手，改变用餐习惯、树立文明新风、崇尚大健康的科学理念，具有重要的现实意义：1、智能化。将聚餐场合的相关词句嵌入人工智能系统，可通过线上或线下两种方式自由设置，营造温馨和谐的聚餐氛围，进一步提升用户餐桌体验。2、便捷化。用户可通过手机终端对聚餐场景的提示语和献唱歌曲进行远程控制和模拟，实现“掌上餐桌”的美好愿景。3、防疫化。播报系统会在用户拿起公筷时，播放公筷宣传语，避免聚餐者公筷公勺“身份”“公”“私”混用的现象，落实疫情防控的常态化。
附图说明
[0021]
图1为发明的硬件示意图；
[0022]
图2(a)为发明的平台场景模拟示意图；
[0023]
图2(b)为发明的平台场景模拟举筷示意图；
[0024]
图2(c)为发明的平台场景模拟全部举筷示意图；
[0025]
图2(d)为发明的平台场景模拟三次举筷示意图；
[0026]
图3为发明的系统平台远程定制流程图。
[0027]
图中，1.微处理器，2.语音处理模块，3.语音播报装置，4.电源模块，5.sd卡，6.wi
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fi通信模块，7.系统平台，8.手机终端。
具体实施方式
[0028]
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0029]
本发明自动提醒用餐者使用公筷公勺的聚餐用具系统，结构如图1所示，包括微处理器1，微处理器1同时与语音处理模块2、语音播报装置3、sd卡5、wi
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fi通信模块6、电源模块4连接，wi
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fi通信模块6还与系统平台7连接，系统平台7又与手机终端8通过信号连接。
[0030]
微处理器1型号为lpc2103，功耗低、性能佳，能满足系统控制需求；语音处理模块2所用芯片为ld3320，可完成非特定人语音处理；语音播报装置3采用dfplayer mini模块；sd卡5可根据实际需求选择不同容量的sd卡；wi
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fi通信模块6型号为esp8266；电源模块4采用220v/3.3v开关电源，系统平台7选用阿里云平台进行搭建，保存用户的数据信息。
[0031]
本发明中，微处理器1控制整个自动提醒用餐者使用公筷公勺的聚餐用具系统，自动提醒用餐者使用公筷公勺的聚餐用具系统安装于聚餐包间的墙壁上。微处理器1，通过通用异步串行口(uart)分别与语音处理模块2、语音播报装置3及wi
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fi通信模块6连接，通过串行外设接口(spi)与sd卡5连接，通过电源接口与电源模块4连接。语音处理模块2，用于对音频信号预处理、特征参数提取及模式匹配等，并将语音识别结果的数据发送给微处理器1。语音播报装置3，用于播放公筷聚餐提醒语和献唱歌曲，受微处理器1控制，响应用户的不同请求。电源模块4，用于为整个自动提醒用餐者使用公筷公勺的聚餐用具系统供电。sd卡5，用于存储语音播报的内容数据，包括公筷聚餐提醒语和定制歌曲的音频文件。wi
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fi通信模块6，用于以将微处理器1为核心的整个自动提醒用餐者使用公筷公勺的聚餐用具系统与系统平台7之间的通信，下载用户上传的自定义歌曲，相应的音频文件保存在sd卡5中。系统平台7，用于用户的登录，对手机终端8所上传的音频文件及场景设定数据的接收。手机终端8，用于用户的远程操作，可以实现包间预订、点菜、特色歌曲定制及自定义音频文件上传。
[0032]
自动提醒用餐者使用公筷公勺的聚餐用具系统的控制方法，基于自动提醒用餐者使用公筷公勺的聚餐用具系统，结合图2(a)～图2(d)以及图3，具体按照以下步骤实施：
[0033]
步骤1、系统平台7为每一个包间建立四位数据码，前三位表示包间号，最后一位表示预订情况：“1”表示已被预定，“0”表示未被预订，当前可预约；具体地，如数据码“0011”表示001号包间已被预订，当前无法预约；如数据码“1230”表示123号包间目前未被预订，可正常预约；
[0034]
步骤2、系统平台7为新用户提供注册服务，用户注册后系统平台7生成对应的数据库保存该用户的密码数据和聚餐服务预订信息，用户通过手机终端8进入系统平台7并发起登录请求，系统平台7查询该用户的数据库，比对账号密码数据是否匹配，若不匹配则返回登录界面；若密码验证正确，且系统检测到当前存在未被预订的包间，则向用户发送预约许可；
[0035]
具体地，用户密码验证通过后，系统检测各包间的数据码信息，将当前可预约的包间(即该包间的末尾数据位为“0”)号显示出来，供用户选择并预约。当用户预约后，该包间的末尾数据位置“1”，直至用户结束聚餐后，该数据位重新清“0”。
[0036]
步骤3、用户得到系统平台7的许可后，通过终端远程操作，进行包间服务设置；具体地，系统平台7将用户上传的歌曲音频文件和预约信息编码后保存在该用户的数据库文件夹中；(当聚餐结束后，即用户包间数据码的末尾数据被清“0”后，自动删除用户数据库文件夹中除账密注册信息外的全部设置数据)；
[0037]
步骤4、系统平台7将用户数据通过wi
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fi模块6传送至用户所预订餐馆包间的聚餐用具系统，音频文件保存在sd卡5中，在聚餐者到场时可提供其远程设定的相应智能服务。
[0038]
具体地，实际场景中的筷架装有反射式红外传感器，公筷拿起与落架，两种状态下，反射式红外传感器向微处理器1发送的电平信号不同：如公筷落架状态下微处理器1接收到“0”，举筷状态下微处理器接收电平变为“1”。据此判断公筷的起落状态，同时，检测到公筷拿起时，微处理器1定时器启动定时，阈值设置为3s，若定时结束后，各路红外信号反馈电平皆发生变化，即所有公筷都被举起(事件二)，则微处理器1控制语音播报装置3播放聚餐歌曲。若3s定时结束时，仍只有一路变化的红外信号，即只有单人拿起了公筷(事件一)，微处理器1控制语音播报装置3向用户播报公筷倡导语，提醒用户当前拿起的是公筷，请为他人夹菜。若微处理器1检测到定时期间某一路红外信号连续变化6次(对应公筷或公勺连续起落三次)，判定为事件三，系统将用户包间号发送至前台服务员，寻呼服务。
[0039]
此外，用户还可直接通过语音指令进行聚餐事件的触发，如用户可在包间中直接用语音讲出“聚餐歌曲”，语音处理模块2处理后，将识别结果发送给微处理器1，微处理器1执行事件二，从sd卡5中读取对应音频文件，控制语音播报装置3进行选定歌曲的播放。如用户讲出语音“公筷聚餐”，相应地，系统执行事件一，语音播报装置3进行公筷倡导语的播报，引导用户公筷夹菜。
[0040]
除了远程操控进行音频文件上传之外，用户也可现场将聚餐场合的相关词句嵌入人工智能系统，将播放系统的sd卡5通过读卡器连接计算机的usb接口，对sd卡5的存储内容进行修改，在现场进行音频文件的自定义增添和删除。
[0041]
步骤4具体如下：
[0042]
步骤4.1、用户在聚餐包间中讲出语音指令，被语音处理模块2捕获后，进行音频信号处理：包括语音的预处理、特征参数提取、模式匹配、识别输出。具体的，首先将接收到的音频信号进行滤波预处理，截止频率为200hz，滤除信号中的直流偏置分量和聚餐包间中的低频噪声，在特征参数提取之前，对音频信号进行长度为20
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40ms的分帧，设置帧与帧之间的重叠为10ms；
[0043]
步骤4.2、分帧完成之后，对每一帧数据进行mel变换(梅尔变换)，提取特征参数，在mel变换频率中提取出梅尔频率倒谱系数mfcc，梅尔频率倒谱系数mfcc能描述人耳频率的非线性特性，能很好地提高语音信号处理的效率和正确率，且拥有良好的抗噪能力。mel频率与线性感知频率f的关系用式(1)具体表示如下：
[0044][0045]
对mel频率(梅尔频率)取对数并作离散余弦变换，得到梅尔频率倒谱系数mfcc()；mfcc(梅尔频率倒谱系数)在信噪比降低时仍然具有较好的识别性能，更符合人耳的听觉特性，因为人耳能感知到的有用信息大部分在低频范围内。此外，采用改进的离散余弦变换能克服语音处理过程中产生的边缘效应；时间性能上，通过改进耗时较长的fft(快速傅里叶
变换)算法来加速特征提取时间，得到改进后的听觉特征参数作为语音特征，很大程度上提升系统的性能。
[0046]
步骤4.3、模式匹配阶段将所述步骤4.2得到的语音的特征矢量参数和参考模型库中的参考模型进行相似性度量比较，参考模型库中的参考模型包括各地方言在内的语音经过预处理和特征提取后得到特征参数，再通过特征参数建模，建立训练语音的参考模型库，然后将相似性最高的输入特征矢量作为识别结果输出，从而达到识别用户语音指令的目的，不同指令对应不同的返回值，传输给微处理器(1)后，从sd卡(5)中读取相应音频文件，控制语音播报系统3播放对应的聚餐歌曲或公筷倡导语。