一種可編程式智能語音播報系統及方法與流程
2023-05-28 05:16:26 1
本發明涉及智能安全提示設備領域，具體說涉及一種可編程式智能語音系統及方法。
背景技術：
工業語音模塊是實現工業現場安全生產的必備設備之一，主要應用於發電廠、鋼廠等一線作業現場。目前市場上常見的工業現場語音系統，一般由通訊模塊、音頻播放模塊、電源模塊等組成，通過通訊協議觸發播放內部預置的音頻文件來實現語音播報。如實用新型專利《帶語音播報功能的清洗機搬運設備》(專利號：201320424754.0)，其設備內的語音模塊與plc控制器通過數字量端子連接，根據數字量的通斷直接調用語音模塊內提前錄製好的語音文件。還有少部分語音系統使用上位機替代語音模塊進行播放，實現文本文件的朗讀。如實用新型專利《一種用於鐵路行業的智能語音報警測試裝置》(專利號：201620674920.6)，通過plc控制器或上位機處理採集的數據，並將處理完成的報警信息通過語音合成單元利用揚聲器進行播報。上述兩種方式具有結構簡單、技術成熟、成本較低的特點。
但當播報內容複雜，尤其是讀取內容無規則變化時，提前錄製的語音文件就無法滿足實際需求，必然影響作業現場秩序。因此開發一種不依賴音頻文件和上位機，可對採集的數據自行分析處理，並根據用戶的需求進行數據儲存保留的可編程式智能語音模塊成為亟待解決的技術難題。
技術實現要素：
鑑於已有技術存在的不足，本發明的目的是要提供一種不需提前錄製語音、數據處理規則可編程、且能夠脫離上位機或可編程控制器獨立運行的智能語音系統。
為了實現上述目的，本發明技術方案如下：
一種可編程式智能語音播報系統，其特徵在於，系統包括：
通訊單元，通過網絡傳輸方式接收待播報信息文本供進一步處理；
數據處理單元，通過通訊單元實現以太通訊，將接收到的待播報信息文本進行處理配置，依據處理結果輸出智能匹配的文本編碼；
語音合成單元，在內部字庫中查找與所述文本編碼匹配的存儲內容，並將所述存儲內容合成語音模擬信號；
功放單元，將所述語音模擬信號送至揚聲器進行播報。
進一步的，系統還包括：
為系統各單元供能的供電單元；
以及設置於所述數據處理單元與所述語音合成單元之間、用於保護信號傳輸的隔離單元。
進一步的，所述數據處理單元包括：
編譯模塊，根據數據控制字符將所述待播報信息文本編譯為相應的文本編碼；
緩衝模塊，作為以太通訊緩存以保證與通訊模塊的網絡傳輸速度；
存儲模塊，用以存儲系統配置信息與應用數據信息。
進一步的，所述語音合成單元包括：
語音解碼模塊，接收數據處理單元輸出的文本編碼，在內部字庫中尋找該文本編碼對應的存儲內容；
語音合成模塊，將由內部字庫中提取的相應存儲內容進行合成，以獲得語音模擬信號。
進一步的，所述在內部字庫中尋找該文本編碼對應的存儲內容之前還包括給所有存儲內容分配ip地址。
進一步的，所述將由內部字庫中提取的相應存儲內容進行合成包括：播報內容二次運算、選擇播報方式、調整音量及語調、以及拼裝提示符。
本發明的另一目的是要提供一種基於上述語音播報系統的語音播報方法，其特徵在於，步驟包括：
通過網絡傳輸方式接收待播報信息文本；
將接收到的待播報信息文本進行處理配置，依據處理結果輸出智能匹配的文本編碼；
在內部字庫中查找與所述文本編碼匹配的存儲內容，並將所述存儲內容合成語音模擬信號；
將所述語音模擬信號送至揚聲器進行播報。
進一步的，所述在內部字庫中查找與所述文本編碼匹配的存儲內容，並將所述存儲內容合成語音模擬信號包括根據預設的優先權調整語音模擬信號播放順序。
與現有技術相比，本發明的有益效果：
1、本發明可脫離上位機或plc控制器獨立運行，且在使用時不再需要提前錄製語音文件，只需要提取網絡傳輸文本對應的字符編碼即可播報語音，且音調音色語速可調，極大的提高了靈活性，便於調試、使用；
2、本發明語音內容可編程，語音報文可隨意組合，實現帶動態變量的語音播報方式。
3、本發明具備數據分析能力，可根據數據數值範圍、數值變化率等自動合成語音內容，實現智能化的播報；
4、本發明具備判斷能力，可根據預設的優先級智能輸出適當的語音信號，提高安全性，避免衝突。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明語音播報系統結構框圖；
圖2為本發明語音播報系統原理框圖；
圖3為本發明數據處理單元電路原理圖；
圖4為本發明語音合成單元電路原理圖；
圖5為本發明語音播報方法流程圖。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
下面結合附圖以及具體實施例進一步說明本發明的技術方案：
如圖1所示為一種可編程式智能語音播報系統，其包括：
通訊單元，通過網絡傳輸方式接收待播報信息文本供進一步處理。本發明使用時可根據用戶自主配置的播報方式，包括報文直接傳輸語音內容的方式、傳輸預存語句條目的id號的方式、傳輸用於二次運算的數據的方式。如果選擇脫離上位機和plc運行方式，即報文直接傳輸語音內容的方式，則可根據實際信號自定義配置簡單的通訊協議；否則默認遵循固定格式的數據格式協議，所述固定的數據格式為:協議頭(包含起始字符串、包序號、包總數、校驗方式、有效數據長度等信息)、協議正文(信息文本的gb2312編碼或預存數據條目的id號或用於二次運算的數據)以及協議尾(校驗數據，截止字符)。所述協議支持gb2312編碼表範圍內的數字及中英文數據。
數據處理單元，通過通訊單元實現以太通訊，將接收到的待播報信息文本進行處理配置，依據處理結果輸出智能匹配的文本編碼。所述數據處理單元包括：根據數據控制字符將所述待播報信息文本編譯為相應的文本編碼的編譯模塊、作為以太通訊緩存以保證與通訊模塊網絡傳輸速度的緩衝模塊、用以存儲系統配置信息與應用數據信息的存儲模塊。本發明中，所述數據處理單元的編譯模塊根據配置的播報方式不同，將收到的數據根據協議進行解析和校驗以得到待播報的文本編碼，或者根據條目id號從數據處理單元的儲存模塊中讀取要播報的文本編碼，或用於進行二次運算的數據。
語音合成單元，在內部字庫中查找與所述文本編碼匹配的存儲內容，並將所述存儲內容合成語音模擬信號。所述語音合成單元包括：接收數據處理單元輸出的文本編碼並在內部字庫中尋找該文本編碼對應存儲內容的語音解碼模塊、將由內部字庫中提取的相應存儲內容進行合成為語音模擬信號的語音合成模塊。本發明的內部儲存了文本編碼對應的多種語音語調的發音、多種提示音等信息。進一步的，在內部字庫中尋找該文本編碼對應的存儲內容之前還包括給所有存儲內容分配ip地址。進一步的，所述將由內部字庫中提取的相應存儲內容進行合成還包括：播報內容二次運算、選擇播報方式、調整音量及語調、以及拼裝提示符。本發明中，所述二次運算的數據包括對播報信息進行二次判斷並進行相應提示數據，例如通訊傳輸溫度值85，則系統播報「溫度過高」；傳輸溫度值-20，則系統播報「溫度過低」；傳輸溫度值-32767，則系統播報「溫度數錯誤」。同時，本發明系統還可根據實際使用需求通過在文本中插入控制字符如在語音的指定位置輸出一個相應的提示音，例如在某一位置插入控制字符「[sound101]」，則表示在語音的指定位置輸出一個「叮咚」的提示音。晶片內置了數十種提示音，也可在二次運算時根據預設邏輯來插入不同的提示音，來增加不同播報條目的辨識度。
功放單元，將所述語音模擬信號送至揚聲器進行播報。
進一步的，本發明系統還包括：為系統各單元供能的供電單元，以及設置於所述數據處理單元與所述語音合成單元之間、用於保護信號傳輸的隔離單元。
本發明還提供一種基於上述語音播報系統的語音播報方法，如圖5所示，其步驟包括：
步驟1、通過網絡傳輸方式接收待播報信息文本；
步驟2、將接收到的待播報信息文本進行處理配置，依據處理結果輸出智能匹配的文本編碼；
步驟3、在內部字庫中查找與所述文本編碼匹配的存儲內容，並將所述存儲內容合成語音模擬信號；
步驟4、將所述語音模擬信號送至揚聲器進行播報。
進一步的，所述在內部字庫中查找與所述文本編碼匹配的存儲內容，並將所述存儲內容合成語音模擬信號包括根據預設的優先權調整語音模擬信號播放順序。本發明中，在所述語音合成單元預存語句的同時，也預存語句對應的優先級。在多個播報同時被觸發、觸發時間非常接近、當前正有語句被播放的等情況下，新播報被觸發時，模塊根據預設的優先級決定播放順序，或是否打斷當前播報插入新播報。
通常優先級排序為警告>通知>提示，例如「前方10米處有大車,請減速」優先級高於「攔焦車已對準推焦爐號24號」。
下面結合具體實施例對本發明內容做進一步闡述。
圖2為本發明的原理示意圖。外部數據從通訊單元進入數據處理單元中，用戶可以通過專用調試軟體進行數據處理配置，處理結果會根據數據控制字符，智能選擇匹配的文本編碼，匹配語音合成單元的內部字庫存儲內容併合成語音模擬信號，通過功放單元送到揚聲器進行播報。語音合成單元與數據處理單元之間由隔離單元進行保護。
作為本發明較佳的實施方式，所述通訊單元選用w5500乙太網控制器。數據處理單元優選採用stm32f103vet6處理器及w25q64非易失性存儲器；語音合成單元優選採用syn6658語音合成晶片；隔離單元優選採用adum1402隔離晶片；功放單元選用tpa3111d1功放晶片。
其中，數據處理單元的嵌入式處理器通過spi口與通訊單元的乙太網控制器連接實現乙太網通訊，並通過隔離單元的rs232口與語音合成單元的合成晶片連接實現語音解碼及合成，晶片支持uart、spi兩種通訊方式，當用戶uart串口資源已被佔用時，可選擇使用spi接口。所述數據處理單元中除編譯器模塊及應用程式使用以外保留不少於8kbyte的
ram用於乙太網通訊緩存，另設計了8mbyte的非易失性存儲器用於存儲配置與應用數據信息。如圖3所示，為數據處理單元的晶片引腳連接圖。
所述語音合成單元通過硬體的方式來查詢語音合成狀態(過查詢輸出引腳ready/busy的電平，來判斷晶片的工作狀態)。如圖4所示為所述語音合成單元的晶片引腳電路圖。
本發明在使用時，用戶使用專用調試軟體自由配置本裝置的功能，主要包括ip地址的配置、播報內容的二次運算、播報方式的選擇、上限音量的調整、語調的確定以及提示符的拼裝等功能。專用測試軟體主要用來測試該裝置運行的情況。該軟體可以模擬傳感器、上位機、plc控制器等不同工況下的數據傳輸過程，通過分析、對比預期結果與採集輸出信號的結果來判斷本裝置運行是否穩定。
本發明能夠根據接收具體數據內容，無限制的閱讀變量信息，且內部集成了專用控制器，可以直接處理一些數據信息，且具有自動分析數據和智能改變播報限制的能力，可直接與工業現場的傳感器結合，播報溫度、壓力、振動、速度等數據。既可與上位機或plc聯網使用，又可以直接讀取傳感器信息，可推廣性極強。
最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。