(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 112242024 A(43)申请公布日 2021.01.19
(21)申请号 202011107408.0(22)申请日 2020.10.16
(71)申请人 上海电机学院
地址 200240 上海市闵行区江川路690号(72)发明人 罗钦扬 杨俊杰 王钰婕 陈婷 (74)专利代理机构 上海伯瑞杰知识产权代理有
限公司 31227
代理人 孟旭彤(51)Int.Cl.
G07F 13/02(2006.01)G10L 15/22(2006.01)G10L 15/26(2006.01)
权利要求书1页 说明书5页 附图2页
CN 112242024 A(54)发明名称
一种基于语音识别的加油机交互系统(57)摘要
本发明公开了一种基于语音识别的加油机交互系统，解决了传统加油交互系统使用不方便、存在疾病传播风险大的弊端，其技术方案要点是包括有进行加油的油机终端、通信连接于终端以进行控制处理的云端；终端包括有加油机、储油罐、电源模块、受控于云端以对加油机进行控制的控制器、对用户加油指令进行采集识别的语音交互模块；所述加油机包括有主控板、通信板、电磁油阀，还包括有对用户身份进行验证识别的读卡器板、对用户身份进行验证识别的人脸识别模块；云端包括有数据存储平台、数据处理平台及图形交互平台，本发明的一种基于语音识别的加油机交互系统，人机交互简单友好，使用更加高效、实用、安全。
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权 利 要 求 书
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1.一种基于语音识别的加油机交互系统，其特征是：包括有进行加油的油机终端、通信连接于终端以进行控制处理的云端；
所述终端包括有加油机、储油罐、电源模块、受控于云端以对加油机进行控制的控制器、对用户加油指令进行采集识别的语音交互模块；
所述加油机包括有主控板、通信板、电磁油阀，还包括有通过读取IC卡对用户身份进行验证识别的读卡器板、通过人脸识别对用户身份进行验证识别的人脸识别模块；
所述云端包括有数据存储平台、数据处理平台及图形交互平台；所述终端通过IC卡或人脸识别验证用户身份，通过语音交互模块采集加油指令，并通过云端处理后控制加油机进行对应加油操作。
2.根据权利要求1所述的基于语音识别的加油机交互系统，其特征是：所述主控板及所述读卡器板的主控芯片均为stm32f10系列单片机；
所述数据存储平台包括有对用户IC卡验证信息、加油数据、积分查询信息进行存储的W25Q64和24C04存储芯片。
3.根据权利要求2所述的基于语音识别的加油机交互系统，其特征是：所述读卡器板还包括有将信号转换为串口信号的ISO3082芯片、进行屏蔽静电干扰的SM712二极管、驱动LED灯进行电路保护的9012三极管。
4.根据权利要求3所述的基于语音识别的加油机交互系统，其特征是：所述语音交互模块包括有进行语音采集的麦克风、进行语音识别的LD3320语音芯片，语音芯片提供有与控制器连接的串行外设接口。
5.根据权利要求4所述的基于语音识别的加油机交互系统，其特征是：所述云端与终端之间为无线通信，还设置有进行网络传输的备用有线通道。
6.一种基于语音识别的加油机交互方法，其特征是，包括有以下步骤：终端加油机对用户身份进行验证，通过IC卡或人脸识别完成验证；验证成功后，主控板进行金额/油量预置，语音交互模块等待用户加油指令；语音交互模块采集识别用户发出的加油指令，并上传至云端进行二次识别处理，并将识别结果与信息交互传递至终端主控板及控制器；
主控板提示用户机械加油操作，控制器对加油机进行控制，以完成对应加油处理。
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说 明 书
一种基于语音识别的加油机交互系统
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技术领域
[0001]本发明涉及加油机交互系统，特别涉及一种基于语音识别的加油机交互系统。背景技术
[0002]传统加油机交互系统基于IC卡验证身份的基础上结合矩阵键盘与灰度显示屏作为加油交互接口。键盘包含数字键与功能键，加油机显示屏一般选用12864点阵屏，显示加油机信息、用户信息与油品价格等。键盘存在物理磨损而导致按键失灵，需支付人力物力成本更换键盘，12864显示屏有效区域不足，分页显示增加了查看信息的复杂性，对客户使用存在一定门槛且不够友好。同时，在目前疫情的大环境下，病毒传播的风险非常高，传统的IC卡身份识别以及键盘预置油量/金额大大增加了人与人之间的接触面积与接触频率，提高了病毒传播的风险，对车内人员尤其是驾驶员来说，都是隐藏的杀手。发明内容
[0003]本发明的目的是提供一种基于语音识别的加油机交互系统，人机交互简单友好，使用更加高效、实用、安全。
[0004]本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：[0005]一种基于语音识别的加油机交互系统，包括有进行加油的油机终端、通信连接于终端以进行控制处理的云端；[0006]所述终端包括有加油机、储油罐、电源模块、受控于云端以对加油机进行控制的控制器、对用户加油指令进行采集识别的语音交互模块；[0007]所述加油机包括有主控板、通信板、电磁油阀，还包括有通过读取IC卡对用户身份进行验证识别的读卡器板、通过人脸识别对用户身份进行验证识别的人脸识别模块；[0008]所述云端包括有数据存储平台、数据处理平台及图形交互平台；[0009]所述终端通过IC卡或人脸识别验证用户身份，通过语音交互模块采集加油指令，并通过云端处理后控制加油机进行对应加油操作。[0010]作为优选，所述主控板及所述读卡器板的主控芯片均为stm32f10系列单片机；[0011]所述数据存储平台包括有对用户IC卡验证信息、加油数据、积分查询信息进行存储的W25Q64和24C04存储芯片。[0012]作为优选，所述读卡器板还包括有将信号转换为串口信号的ISO3082芯片、进行屏蔽静电干扰的SM712二极管、驱动LED灯进行电路保护的9012三极管。[0013]作为优选，所述语音交互模块包括有进行语音采集的麦克风、进行语音识别的LD3320语音芯片，语音芯片提供有与控制器连接的串行外设接口。[0014]作为优选，所述云端与终端之间为无线通信，还设置有进行网络传输的备用有线通道。
[0015]一种基于语音识别的加油机交互方法，包括有以下步骤：[0016]终端加油机对用户身份进行验证，通过IC卡或人脸识别完成验证；
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说 明 书
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验证成功后，主控板进行金额/油量预置，语音交互模块等待用户加油指令；
[0018]语音交互模块采集识别用户发出的加油指令，并上传至云端进行二次识别处理，并将识别结果与信息交互传递至终端主控板及控制器；[0019]主控板提示用户机械加油操作，控制器对加油机进行控制，以完成对应加油处理。[0020]综上所述，本发明具有以下有益效果：[0021]通过语音交互模块进行加油识别采集，通过云端对客户信息进行管理并进行加油站设备的加油操作控制处理，有效的提高了加油站的运行自动化和管理信息化，保障了客户的按住前，使加油过程更加便捷，通过语音交互简单有效，且能避免主控板键盘与用户的直接接触，使用更加便捷、智能、友好。附图说明
[0022]图1为本系统的拓扑结构图；
[0023]图2为语音交互模块的工作原理图；[0024]图3为终端硬件结构图；[0025]图4为终端软件结构图。
具体实施方式
[0026]以下结合附图对本发明作进一步详细说明。[0027]根据一个或多个实施例，公开了一种基于语音识别的加油机交互系统，如图1所示，分为云端和终端。终端包括有分布的若干个加油站，每个加油站均包括有若干个加油操作的加油机，每个加油机对应设置有用于控制的控制器、进行加油操作的加油机、进行储油的储油罐、电源模块、受控于云端以对加油机进行控制的控制器、进行信息采集识别的人脸识别模块及语音交互模块。云端包括有数据存储平台、数据处理平台以及图形交互平台。[0028]每个加油机均包括有对应的主控板、通信板、电磁油阀、读卡器板。终端可通过加油机上的读卡器板对用户身份的IC卡进行识别，也可通过人脸识别模块对用户身份进行识别，通过两种方式可供用户选择以进行身份识别，在安全性和鲁棒性上有所提升。语音交互模块对用户的加油指令进行采集识别，并通过通信板传送至云端，通过云端处理后控制加油机及电磁油阀进行对应的加油操作。[0029]通过端对端的模式，终端用于面向加油站内管理人员及用户，实现信息采集、信息交互及加油操作等，云端主要面向终端与web交互，实现语音识别、数据存储以及加油站信息管理等。终端与云端之间通信连接，选用通过TCP/IP协议栈进行通信，终端主要通过无线方式进行数据传输，基于稳定、可靠的通信原则，通信网络保留备用有线通道，通过有线传输方式作为无线传输的后备保护，保证加油站的运行稳定性与可靠性。[0030]主控板采用stm32f10系列单片机作为主控芯片，主要用于完成加油控制、资金结算、与上位机及读卡器板进行通信等工作，在加油流程起中心调度的作用。读卡器板也采用stm32f10系列单片机，起到中间信号传输作用，且读卡器板使用ISO3082芯片将信号转换为串口信号，便于向下传输；使用SM712屏蔽静电干扰，采用9012三极管驱动LED灯并对电路起保护作用；同时与键盘，显示屏等终端设备连接，实现客户身份信息识别，加油过程控制和信息交互等功能。加油机使用保留传统键盘和IC卡槽。读卡器板背面为键盘与LED显示屏，
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通过与读卡器板的连接，显示业务流程，完成客户与加油机之间的数据交互。[0031]通信板采用加油机支持的RS485通信接口，通过ISO3082芯片将串口信号转为半双工差分信号，即485信号，使用SM712二极管屏蔽静电干扰，B82790共模电感过滤共模的电磁干扰。
[0032]语音交互模块包括有进行语音采集的麦克风以及进行语音识别的LD3320语音芯片，语音芯片搭建在STC11系列单片机上构成，将麦克风和语音芯片作为识别端，云端的数据处理平台接收后进行二次处理，对于用户发出的语音形式的加油指令进行采集识别。语音芯片提供有与控制器连接的串行外设接口SPI。
[0033]电源模块基于AltiumDesigner13完成整体硬件原理图与PCB设计。系统输入电压等级为24V，通过LM2596开关型稳压电源芯片输出5V为摄像头等外置模块供电，通过LM1117线性稳压模块为MCU提供3.3V工作电压，采用隔离芯片IB0505LS-W75实现外接电源与板内电路的电压隔离，形成板内电压保护，为预防电路板焊接与器件问题损坏硬件，预留T1～T4四个测试点，上电后立即测试各点电压，当分别为24、5、3.3与0时表示硬件正常，可进行软件测试。
[0034]云端的数据存储平台包括有对用户IC卡验证信息、加油数据、积分查询信息进行存储的W25Q64和24C04存储芯片，方便进行存储和查询。[0035]根据一个或多个实施例，公开了一种基于语音识别的加油机交互方法，包括有以下步骤：
[0036]终端加油机对用户身份进行验证，通过IC卡或人脸识别完成验证；[0037]验证成功后，主控板进行金额/油量预置，语音交互模块等待用户加油指令；[0038]语音识别模块采集识别用户发出的加油指令，并上传至云端进行二次识别处理，并将识别结果与信息交互传递至终端主控板及控制器；[0039]主控板提示用户机械加油操作，控制器对加油机进行控制，以完成对应加油处理。[0040]终端各部分主要面向站内管理人员与外部用户，主要实现信息采集、信息交互、加油操作等功能。终端本质上是一个嵌入式系统，主要包括嵌入式微控制器、人脸/语音采集模块、油温/油位传感器等硬件模块与加油机和储油罐等机械装置，其中加油机作为体积测量仪器，本身不具有身份验证、预置结算等功能。将原始输入定义为一次数据，经终端预处理上传到云端的定义为二次数据，系统通过人脸/语音信息采集模块获取一次数据，经预处理后将二次数据上传到云端，并接收云端验证结果，终端通过显示屏与语音输出验证结果与提示信息，控制器根据结果进行状态跳转与业务处理，完成交互功能。云端各平台主要面向终端与web交互，实现语音识别、数据存储、加油站信息管理等。终端与云端通过TCP/IP协议栈进行通信，终端主要通过无线方式进行数据传输，基于稳定、可靠的通信原则，通信网络保留有线传输方式，作为无线传输的后备保护，保证加油站的运行稳定性与可靠性。[0041]与传统的加油流程相同，首先客户需进行加油身份验证，本发明采用两种方式对用户身份进行验证，验证成功后在主控板的显示屏上进行对应数据显示。[0042]身份验证成功后进行油量/金额预置，验证界面提示核实结果与下一步操作，身份验证成功的结果也同时发送至语音交互模块，作为准备加油前的指令。用户通过语音输入金额或者油量两种模式中的一种进行加油，语音输入识别成功后在串口显示界面可以看到选择模式，然后语音输入油量或是金额的数量，加油机收到加多少油或者加多少金额的加
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油指令，界面同时显示此数量，如“金额加油，20元”。语音识别成功后，语音交互模块通过串口将信息上传上位机与终端，完成语音预置操作。若语音识别成功，则会在显示屏显示请提枪加油的字样，此时则可以打开油枪，转动电磁油阀进行加油。加油量和金额会在显示屏上实时显示。当所加油量达到预置金额或油量时，停止加油，并进行扣款操作。[0043]在语音识别交互阶段，采用语音芯片识别指令进行油量/金额的方式代替传统矩阵键盘按键的预置方式。语音识别采用LD3320语音芯片，该芯片提供了串行外设接口SPI，可与控制器直接相连，控制器通过在程序中预设了系统功能所需的拼音字符串，在开启语音识别前先将预设的拼音字符串输入到LD3320中。在输入多个字符串时，要对字符串进行编号，最后识别结果以编号的形式输出。开启语音识别后，对从麦克风读入的声音信号进行处理识别，将识别结果与设定的词语列表进行对比，输出其中匹配概率最高的词语的编号。控制器可把识别关键词语的拼音串通过设置寄存器的方式传入芯片内部，通过设置和读取寄存器可以方便地完成设置语音识别列表，启动语音识别，获得识别结果，播放MP3等功能。语音交互模块工作如图2所示。通过麦克风模块采集客户语音命令，终端预处理后将二次语音数据上传云端进行识别，搭配8.9寸触摸彩屏显示识别结果与信息交互。[0044]在加油机交互系统中，包括业务状态机、人脸/语音/设备状态信息采集与预处理、网络通信与LCD显示等功能，其中要求业务状态机、信息采集满足实时性要求，要求网络通信采用socket，要求LCD显示验证进度时与人脸信息同步，要求24帧的图像传输速率下不失真不掉帧，要求系统软件底层上支持多任务并发与TCP/IP协议栈。裸机方案不适合加油机终端交互业务场景，在基于操作系统的方案中，嵌入式Linux系统遵顼GPL协议，源码开放，降低开发成本，其内核精简高效，便于工程师面向CPU的快速移植与面向业务的动能定制，支持完备的TCP/IP协议栈，嵌入式Linux较于PC端Linux，前者改进了进程调度中的优先级管理算法，可满足嵌入式系统对于实时性的要求。本发明选择基于嵌入式Linux系统的终端控制器，硬件结构与软件结构分别如图3、图4所示，其中存储模块包括Flash、ROM与RAM，软件模块分为系统层、驱动层与应用层，驱动层主要面向各个硬件模块，如摄像头、内存、显示屏与CPU。
[0045]本发明能解决燃油补给行业终端零售情况与加油站当下痛点，从终端管理员、客户与加油机本身三个角度详细分析了加油机终端交互系统主要功能需求，并在此基础上设计出系统整体结构。另外，针对现有的加油机预置油量和金额时只能通过键盘输入的局限性，增设了语音交互功能，通过LD3320语音芯片输入语音指令，通过软件调用传输函数经过通信网络传输至终端，解析传入参数，写入结果，随后交由云端数据存储。有效的解决了矩阵键盘的物理弊端以及客户不友好性，同时还具备一定的安全性。完善了加油过程中的部分缺陷，如预置金额/油量加油过程中的网络安全性及社会安全性。加强了加油站所需的业务需求效益，如加油记录查询，加油机状态监控与管理等。同时，针对传统加油机身份验证和加油过程中按键接触过多的问题进行了改进，语音交互代替键盘进行加油操作，云平台进行客户信息管理和加油站设备的监控。有效提高了加油站的运行自动化和管理信息化，保障了客户的安全，使加油过程更加便捷。同时，语音交互更符合人类习惯，简单有效，面对不同加油站不同加油机，人机交互上没有区别，降低应用门槛，可以解决键盘使用上的弊端。使用语音识别方法改进原有交互方式，将使得客户使用上更加方便、智能，低门槛操作提高了自助加油的效率与交互友好性。
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本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人
员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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