一种基于声带振动测量的液压支架语音控制系统及方法

摘要

一种基于声带振动测量的液压支架语音控制系统及方法，通过振动测量单元将操作人员的声带振动转换成相应的电信号；信号放大单元对其进行放大，然后通过振动信号A/D转换单元转换后传递给信号处理单元进行分析处理，得到该声带振动信号对应的语音控制命令，再与标准语音控制命令进行比较匹配，识别出操作人员的声带，并通过无线信号收发单元将该声带对应的控制信号发送给液压支架控制器无线收发单元，同时液压支架控制器无线收发单元反馈液压支架状态参数。该发明操作简单，操作人员只需发出语音控制命令，液压支架就会做出相应的动作，本发明在环境嘈杂的情况下能够实现语音控制命令的精准识别，可作为一种辅助控制方法，保证液压支架正常工作。

说明书

技术领域

本发明属于液压支架控制技术领域，具体涉及一种基于声带振动测量的液压支架语音控制系统及方法。

背景技术

液压支架是一种利用液体压力产生支撑力并实现自动移设来进行顶板支护和管理的一种液压动力装置，是综合机械化采煤不可缺少的配套设备。经过多年的技术积累，液压支架的控制技术得到了长足的发展。但是由于综采工作面工作空间比较狭窄，特别是发生片帮导致操作工人无法靠近时，操作工人不易甚至无法直接操作液压支架电液控按键，使得液压支架无法得到正常的控制，另外，现有的液压支架控制需要多组按键进行各个动作控制，不仅操作复杂，而且由于综采工作面光线不足容易发生误操作现象。

语音控制是一种新型的非接触式控制方式，现有的语音控制系统一般是采用麦克风采集语音信号，但由于综采工作面噪声较大，工作环境复杂，很难实现语音控制命令的精准识别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于声带振动测量的液压支架语音控制系统及方法，该系统及方法在环境嘈杂的情况下能够实现语音控制命令的精准识别，操作简单，可作为一种辅助控制方式来保证液压支架的正常工作。

为实现上述目的，一种基于声带振动测量的液压支架语音控制系统，包括操作部分和执行反馈部分，所述操作部分包括振动测量单元、信号放大单元、振动信号A/D转换单元、信号处理单元、按键单元、数据存储单元、无线信号收发单元、语音信号D/A转换单元、播音单元和供电单元，振动测量单元通过信号放大单元与振动信号A/D转换单元连接，振动信号A/D转换单元与信号处理单元连接，信号处理单元分别与按键单元、数据存储单元、无线信号收发单元、语音信号D/A转换单元连接，语音信号D/A转换单元与播音单元连接，供电单元为上述各个单元供电；所述执行反馈部分为液压支架控制器无线收发单元，液压支架控制器无线收发单元与无线信号收发单元无线连接。

进一步的，所述的按键单元包括确认键、动作命令输入键、支架号输入键、记忆键、取消键和开关键。

进一步的，所述动作命令输入键包括十一种液压支架动作，其中十一种液压支架动作为：降柱、移架、升柱、推溜、收护帮、伸护帮、收侧护板、伸侧护板、收平横千斤顶、伸平衡千斤顶和支架联动自动降移升。

进一步的，所述记忆键包括记忆键Ⅰ、记忆键Ⅱ和记忆键Ⅲ。

进一步的，所述振动测量单元为加速度传感器，加速度传感器贴在操作人员下颚与颈部的连接处外表皮。

优选的，所述信号处理单元为DSP处理器，DSP处理器的型号为TMS320VC5502。

优选的，所述播音单元为耳塞式，播音单元固定在操作人员的安全帽上。

一种基于声带振动测量的液压支架语音控制方法，包括以下步骤：

(1)按下按键单元中的开关键，预先采集不同操作人员的标准语音控制命令的声带振动信号，保存后形成语音库，并通过记忆键进行切换不同操作人员的语音库；所述标准语音控制命令包括工作面液压支架对应的支架号和支架动作命令；

(2)操作人员按下按键单元中的记忆键，播音单元提示已选定的语音库，若与操作人员的身份相匹配，则按下按键单元中的确认键；若与操作人员的身份不匹配，则按下按键单元中的取消键，然后重新按下按键单元中的记忆键进行再次匹配；

(3)操作人员按下按键单元中的支架号输入键，并说出要控制的支架号，系统将采集到的语音控制命令的声带振动信号与步骤(1)中预先采集的标准语音控制命令的声带振动信号进行匹配，播音单元提示已匹配的支架号，若匹配一致则按下按键单元中的确认键；若匹配不一致则按下按键单元中的取消键，然后重新按下按键单元中的支架号输入键进行再次匹配；

(4)操作人员按下按键单元中的动作命令输入键，并说出要控制的支架动作，系统将采集到的语音控制命令的声带振动信号与步骤(1)中预先采集的标准语音控制命令的声带振动信号进行匹配，播音单元提示已匹配的支架动作，若匹配一致则按下按键单元中的确认键；若匹配不一致则按下按键单元中的取消键，然后重新按下按键单元中的动作命令输入键进行再次匹配；

(5)无线信号收发单元接收到步骤(3)和步骤(4)的控制信号并发送至液压支架控制器无线收发单元，液压支架控制器无线收发单元通过液压支架电液控制系统控制对应的液压支架完成相应的动作，同时将液压支架的状态信息反馈给播音单元，播音单元提示液压支架动作是否完成，若完成则工作结束并再次按下按键单元中的开关键，若没有完成则按下按键单元中的取消键，然后重新按下按键单元中的支架号输入键返回执行第(3)步。

与现有技术相比，本发明操作简单，操作人员只需说出相应的语音控制命令，通过与标准语音控制命令的声带振动信号特征参数进行匹配，液压支架就会做出相应的动作，只需一个确认键就可以完成多个液压支架动作，无需多组控制按键。本发明不仅在液压支架电液控按键不易操作或者发生故障的情况下能够控制液压支架的动作，防止操作人员由于综采工作面光线不足而产生误操作，而且在环境嘈杂的情况下能够实现语音控制命令的精准识别，作为一种辅助控制方法可保证液压支架的正常工作。

附图说明

图1是本发明的系统原理图；

图2是本发明的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种基于声带振动测量的液压支架语音控制系统，包括操作部分和执行反馈部分，所述操作部分包括振动测量单元、信号放大单元、振动信号A/D转换单元、信号处理单元、按键单元、数据存储单元、无线信号收发单元、语音信号D/A转换单元、播音单元和供电单元，振动测量单元通过信号放大单元与振动信号A/D转换单元连接，振动信号A/D转换单元与信号处理单元连接，信号处理单元分别与按键单元、数据存储单元、无线信号收发单元、语音信号D/A转换单元连接，语音信号D/A转换单元与播音单元连接，供电单元为上述各个单元供电；所述执行反馈部分为液压支架控制器无线收发单元，液压支架控制器无线收发单元与无线信号收发单元无线连接。

所述的按键单元包括确认键、动作命令输入键、支架号输入键、记忆键、取消键和开关键；所述确认键用于确定播音单元播报内容是否与操作人员说出的语音控制命令匹配，动作命令输入键用于支架动作的采集和匹配，记忆键用于切换和选取不同操作人员的语音库，取消键用于取消当前系统所处的按键状态，开关键用于控制整个系统的开启和关闭。

所述动作命令输入键包括十一种液压支架动作，其中十一种液压支架动作为：降柱、移架、升柱、推溜、收护帮、伸护帮、收侧护板、伸侧护板、收平横千斤顶、伸平衡千斤顶和支架联动自动降移升。

所述记忆键包括记忆键Ⅰ、记忆键Ⅱ和记忆键Ⅲ，记忆键Ⅰ、记忆键Ⅱ和记忆键Ⅲ分别代表三个不同操作工人的语音库。

为了更精确的采集操作人员的声带振动信号，所述振动测量单元为加速度传感器，该加速度传感器具有尺寸小、灵敏度高等特点，能方便的贴在操作人员下颚与颈部的连接处外表皮。

所述信号处理单元为DSP处理器，DSP处理器的型号为TMS320VC5502，其具有高性能、低成本、低功耗等特点。

为了使操作人员更清晰地听到播音单元的提示内容，所述播音单元为耳塞式，播音单元固定在操作人员的安全帽上，该播音单元便于操作人员携带及使用。

如图2所示，一种基于声带振动测量的液压支架语音控制方法，包括以下步骤：

(1)按下按键单元中的开关键，预先通过加速度传感器采集三个不同操作人员的标准语音控制命令的声带振动信号，声带振动信号通过信号放大单元放大，再通过振动信号A/D转换单元转换为数字信号后传输至信号处理单元，信号处理单元提取特征参数并通过数据存储单元进行存储形成三个不同的语音库，并分别通过记忆键Ⅰ、记忆键Ⅱ和记忆键Ⅲ进行切换三个操作人员的语音库；标准语音控制命令包括液压支架对应的支架号(若工作面有150组液压支架，支架号即为1～150)和支架动作命令(降柱、移架、升柱、推溜、收护帮、伸护帮、收侧护板、伸侧护板、收平横千斤顶、伸平衡千斤顶和支架联动自动降移升)；

(2)操作人员按下按键单元中的记忆键Ⅰ/记忆键Ⅱ/记忆键Ⅲ，记忆键Ⅰ/记忆键Ⅱ/记忆键Ⅲ将存储的信号通过信号处理单元传输至语音信号D/A转换单元，语音信号D/A转换单元将存储的特征参数转换为语音信号，语音信号传输至播音单元，播音单元提示已选定的语音库(操作员一/操作员二/操作员三请开始操作)，若与操作人员的身份相匹配，则按下按键单元中的确认键；若与操作人员的身份不匹配，则按下按键单元中的取消键，然后重新按下按键单元中的记忆键进行再次匹配；

(3)操作人员按下按键单元中的支架号输入键，并说出要控制的支架号，加速度传感器将测量的声带振动信号通过信号放大单元放大后，再通过振动信号A/D转换单元转换为数字信号后传输至信号处理单元，信号处理单元提取特征参数并与步骤(1)中预先采集存储的标准语音控制命令的声带振动信号特征参数进行匹配，同时，信号处理单元将提取的特征参数通过语音信号D/A转换单元转换为语音信号，语音信号传输至播音单元，播音单元提示已匹配的支架号，若匹配一致则按下按键单元中的确认键；若匹配不一致则按下按键单元中的取消键，然后重新按下按键单元中的支架号输入键进行再次匹配；

(4)操作人员按下按键单元中的动作命令输入键，并说出要控制的支架动作，加速度传感器将测量的声带振动信号通过信号放大单元放大后，再通过振动信号A/D转换单元转换为数字信号后传输至信号处理单元，信号处理单元提取特征参数并与步骤(1)中预先采集存储的标准语音控制命令的声带振动信号特征参数进行匹配，同时，信号处理单元将提取的特征参数通过语音信号D/A转换单元转换为语音信号，语音信号传输至播音单元，播音单元提示已匹配的支架动作，若匹配一致则按下按键单元中的确认键；若匹配不一致则按下按键单元中的取消键，然后重新按下按键单元中的动作命令输入键进行再次匹配；

(5)无线信号收发单元接受到步骤(3)和步骤(4)的控制信号并发送至液压支架控制器无线收发单元，液压支架控制器无线收发单元通过液压支架电液控制系统控制对应的液压支架完成相应的动作，同时将液压支架状态信息通过液压支架控制器无线信号收发单元发送至无线信号收发单元，无线信号收发单元将支架动作状态传输至信号处理单元，信号处理单元提取特征并参数并通过语音信号D/A转换单元转换为语音信号，语音信号传输至播音单元，播音单元提示液压支架动作是否完成，若完成则工作结束并再次按下按键单元中的开关键，若没有完成则按下按键单元中的取消键，然后重新按下按键单元中的支架号输入键返回执行第(3)步。