技术领域
[0001] 本发明涉及灯具控制技术领域，特别涉及一种灯具的控制方法、控制装置、灯具及其系统。
相关背景技术
[0002] 照明在我们的日常生活和工作环境中扮演了一个至关重要的角色。随着技术的进步，照明控制技术正逐渐向更加智能化、灵活化和个性化的方向发展，以适应不同的使用场景和用户需求。特别是氛围灯，作为一种特殊的照明设备，不仅提供了基本的照明功能，还能够通过改变颜色、亮度和光效来创造多样化的光影效果，为不同的环境和情绪营造出合适的氛围。
[0003] 但是，现有的氛围灯通常是以多种固定的工作模式进行工作，无法准确有效的通过拾取外部环境中语音信息随意调整灯具的颜色、亮度和光效。
具体实施方式
[0042] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043] 需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0044] 另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0045] 照明在我们的日常生活和工作环境中扮演了一个至关重要的角色。随着技术的进步，照明控制技术正逐渐向更加智能化、灵活化和个性化的方向发展，以适应不同的使用场景和用户需求。特别是氛围灯，作为一种特殊的照明设备，不仅提供了基本的照明功能，还能够通过改变颜色、亮度和光效来创造多样化的光影效果，为不同的环境和情绪营造出合适的氛围。
[0046] 但是，现有的氛围灯通常是以多种固定的工作模式进行工作，无法准确有效的通过拾取外部环境中语音信息随意调整灯具的颜色、亮度和光效。
[0047] 因此，参考图1，本发明提出一种灯具的控制方法，所述灯具包括驱动电路和灯珠，所述驱动电路用于驱动灯珠工作，所述灯具的控制方法包括：
[0048] 步骤S100：响应于语音信号的输入，确认语音信号对应的语音频谱；
[0049] 步骤S200：根据语音频谱与预存的频谱控制信息，调整输出至驱动电路的驱动信号，以使灯珠的工作模式与所述语音频谱对应。
[0050] 在本实施例中，语音信号的输入可以通过灯具上的麦克风也可通过外部终端上的麦克风进行语音信号的拾取。其中，外部终端与灯具可通过蓝牙连接等方式建立通信连接。在通过外部终端上的麦克风对语音信号拾取后，可通过蓝牙等通信方式将拾取到的语音信号传输至灯具，以使灯具根据语音信号执行相关动作。具体而言，麦克风是一种将声波转换成电信号的设备，当声波进入麦克风时，麦克风内部的膜片会随着声压的变化而振动，这种振动被转换成相应的电信号输出。可以理解的是，此时得到的电信号为连续的模拟信号，而在后续的处理中，通常需要通过模数转换将模拟信号转换为数字信号。其中，模拟信号需要通过采样、量化、编码等步骤实现模拟信号到数字信号的转换过程。进一步而言，在控制装置对输入的语音信号进行数模转换后，还需要对其做进一步的处理，例如降噪、回声消除、自动增益控制等。在处理完后即可对得到数字信号进行特征提取，例如短时傅里叶变换、线性预测编码、小波变换等，进而确认语音信号对应的语音频谱。
[0051] 在本实施例中，控制装置可以通过分析语音信号的频谱来确定语音信号的幅度和频率等关键信息，并通过对这些关键信号的识别从而执行对应的动作。例如，语音信号的频谱包络可以揭示信号的共振峰位置和强度；共振峰(语音信号频谱中的峰值)则反映了声道的共振特性，通过识别共振峰的位置，可以区分不同的元音和辅音；基频则是指周期性语音信号的基本频率，它决定了声音的音高，对于浊音而言，基频的存在表明声带的振动；语音信号在不同频率上的能量分布可以帮助识别语音的清晰度和强度。可以理解的是，控制装置中存储有对应相关语音信号的频谱控制信号。例如，输入的语音信号对应的频谱在某一范围内的幅度、频率下，控制装置将调整输出至驱动电路的驱动信号，以使灯珠根据输入的语音信号进行工作模式切换。其中灯珠的工作模式包括但不限于亮度、颜色、变化速度。进一步而言，灯具中通常包含多个灯珠，并由多个灯珠组成灯带。控制装置可以通过驱动电路驱动不同灯珠执行不同的工作模式，从而实现多个灯珠之间的配合工作，例如多个灯珠之间工作模式变换的方向、变化速度等。
[0052] 可选地，灯具中的语音信号的输入可由外部终端直接获取内部的音频信息通过蓝牙等通信方式输出至灯具，即不通过麦克风等语音拾取单元获取外部语音信息。
[0053] 在本实施例中，灯具通过获取语音信号并对语音信号做进一步的处理，以得到对应的语音频谱。其中，灯具中预存有频谱控制信息，即对获取得到的语音频谱信息进行特征提取，以得到所需的特征信息，例如频谱中的幅度，频率。灯具通过将特征提取得到的信息与预存的频谱控制信息匹配，从而调整输出至驱动电路的驱动信号，以使灯珠根据对应的驱动信号执行不同的工作模式。通过建立语音信号与灯具中灯珠工作模式的关系，即可实现语音控制的技术效果，从而提高灯具工作的多样性。
[0054] 参考图2，在本发明一实施例中，所述响应于语音频谱信号的输入，确认语音信号对应的语音频谱的步骤具体为：
[0055] 步骤S110：响应于语音信号的输入，将输入的语音信号进行中值滤波处理；
[0056] 步骤S120：获取中值滤波处理后的语音信号，进行快速傅里叶变换，以确认对应的语音频谱。
[0057] 在本实施例中，在语音信号处理中采用中值滤波的方式实现滤波主要是为了去除脉冲噪声(也称为椒盐噪声)，这是一种非高斯噪声，通常表现为信号中的孤立噪声点。中值滤波是一种非线性滤波方法，它通过在信号的一小段区域内对数据进行排序并选择中间值来代替该区域中心点的值。这种方式非常适合去除这类噪声，同时保持信号的边缘和其他重要细节不受影响。具体而言，中值滤波特别擅长去除脉冲噪声，因为它不依赖于噪声的概率分布，而是基于数据排序来确定中间值。这意味着即使在噪声点幅度远大于信号幅度的情况下，中值滤波仍然能够很好地工作。与线性滤波器相比，中值滤波不会模糊信号中的边缘和细节，这是因为中值滤波只改变噪声点的值，而不会影响信号的真实部分，可以有效的保持语音信号的清晰度。此外，中值滤波对异常值非常鲁棒，即使噪声点的数量占很大比例，中值滤波也能有效地去除这些噪声点而不破坏信号的结构。
[0058] 在获取到中值滤波处理后的语音信号时，对其进行快速傅里叶变换，将其中的时域信号转换为频域信号。其中，快速傅里叶变换可以提供语音信号的频谱信息，即信号的频率成分。控制装置基于频谱信息，可以提取语音信号的共振峰、基频等特征。此外，快速傅里叶变换大大减少了计算离散傅里叶变换所需的复数乘法和加法次数。对于N个点的数据，直2
接计算离散傅里叶变换需要O(N)的运算量，而快速傅里叶变换通常只需要O(NlogN)的运算量。因此，快速傅里叶变换可以快速的获取语音信号对应的语音频谱，进而使得控制装置快速的输出对应的驱动信号，从而使得灯具在接收到语音信号时，快速的执行对应的动作。
[0059] 在本实施例中，通过采用中值滤波与快速傅里叶变换的方式准确快速的获取语音信号对应的语音频谱，以便于后续灯珠驱动工作的执行。
[0060] 在本发明一实施例中，所述将输入的语音信号进行中值滤波处理的步骤具体为：
[0061] 将输入的语音信号定义为时间序列x(i)，且0＜i＜∞；
[0062] 定义一个长度为L的窗口，且L＝2M+1，M为正整数；
[0063] 设在某一时刻，窗口内的信号样本为x(j‑M),...,x(j),...,x(j+M)，且x(j)为位于窗口中心的信号样本值，j≥M；
[0064] 将L个信号样本值按从小到大的顺序排列，其中值滤波的输出值为：
[0065] y(j)＝Med[x(j‑M),...,x(j),...,x(j+M)]
[0066] 其中，y(j)为中值滤波输出后的语音信号序列。
[0067] 在本实施例中，中值滤波对脉冲噪声有良好的滤除作用，特别是在滤除噪声的同时，能够保护信号的边缘，使之不被模糊。对一段语音信号的时间序列x(i)，且0＜i＜∞；定义一个长度为L的窗口，且L＝2M+1，M为正整数；设在某一时刻，窗口内的信号样本为x(j‑M),...,x(j),...,x(j+M)，且x(j)为位于窗口中心的信号样本值，j≥M；将L个信号样本值按从小到大的顺序排列，其中值定义为j处中值滤波的输出值：y(j)＝Med[x(j‑M),...,x(j),...,x(j+M)]。其中，y(j)为中值滤波输出后的语音信号序列。左边y(j)为滤波后输出的声音数字信号序列，右边x(j)为排序取中值，在实际使用过程中，我们可以根据实际情况设置N值。
[0068] 可选地，设上述中值滤波后输出的数字信号序列为x(n)，0≤n≤(N‑1)，N为采样个数。根据离散傅里叶变换的公式可以推导得到：
[0069]
[0070] 其中，x(k)为信号频域的第k个分量，k是频率分量的索引。
[0071]
[0072] 其中，j为虚数单位，e为自然常数。
[0073] 在本发明一实施例中，所述根据语音频谱与预存的频谱控制信息，调整输出至驱动电路的驱动信号，以使灯珠的工作模式与所述语音频谱对应的步骤具体为：
[0074] 根据语音频谱中的幅度、频率，调整输出至驱动电路的驱动信号，以调整灯珠工作时的亮度、颜色。
[0075] 可以理解的是，针对不同的语音信号，其所对应的语音频谱也是不同的，具体表现在语音频谱中的幅度、频率。其中，控制装置将根据语音频谱中的幅值控制灯具中灯带灯珠流动点亮的亮度，幅值越大，灯珠的亮度越大，反之则越小。根据语音频谱的频率控制灯具中灯带灯珠流动点亮的颜色深浅和流动速度，频率越大，灯珠的颜色越深、流动速度越快，反之颜色越浅、流动速度越慢。进一步而言，灯具的灯珠中包括RGB灯珠和CW灯珠。其中，对应RGB灯珠的驱动电路的驱动信号为SPI驱动信号。SPI驱动信号包含每个灯珠的红、绿、蓝三个颜色通道的亮度信息。每个颜色通道的亮度值可以用一个字节(8位)表示，范围从0到255。对于灯带上的每个RGB灯珠，控制装置都会依次发送红、绿、蓝三个颜色通道的亮度值。
当所有灯珠的数据发送完毕后，灯带会根据接收到的数据显示相应的颜色。而对应CW灯珠的驱动电路的驱动信号则为PWM驱动信号。PWM驱动信号的占空比决定了CW灯珠的亮度。其中，PWM驱动信号的占空比越高，灯珠则越亮；反之亦然。通过调整PWM信号的占空比，可以改变CW灯珠的亮度。不同的亮度水平可以通过人眼感知为不同的色温(冷白到暖白)。例如，较低的占空比可以产生更暖的白色，而较高的占空比则可以产生更冷的白色。
[0076] 在本发明一实施例中，所述灯具包括由多个灯珠组成的灯带，所述调整输出至驱动电路的驱动信号，以使灯珠的工作模式与所述语音频谱对应的步骤还包括：
[0077] 当语音频谱中的幅度大于预设幅度时，调整输出至驱动电路的驱动信号，以调整所述灯带工作时亮度、颜色的变化方向为正向；
[0078] 当语音频谱中的幅度小于预设幅度时，调整输出至驱动电路的驱动信号，以调整所述灯带工作时亮度、颜色的变化方向为反向。
[0079] 在本实施例中，控制装置针对语音频谱中设置有对预设幅度，通过判断语音频谱中的幅度是否大于预设幅度，进而调整输出至驱动电路的驱动信号，以使灯带中的灯珠执行对应的工作模式。需要了解的是，人们通常通过声音的音高、响度、节奏以及音色的变化来表达不同的情感，而这些变化在语音频谱上会有相应的体现。一般来说，较高频率的声音往往与更积极的情绪如兴奋、快乐有关。当人们感到高兴时，他们的音高可能会升高，这在频谱图上表现为高频成分增加。较低频率的声音可能与消极情绪如悲伤、沮丧相关。在这种情况下，频谱图上低频成分相对较多。情绪激动时(无论是正面还是负面)，人们往往会提高说话的音量。这在频谱上表现为整个频谱的幅度普遍增加。当人们感到疲惫、沮丧或者不感兴趣时，他们可能会降低音量，频谱图上的幅度则相应减小。因此，灯具可通过对语音频谱的判断，选择合适的驱动信号控制灯珠的工作模式。当语音频谱中的幅度大于预设幅度时，则表明用户此时的情绪较为激动。因此，控制装置将输出对应的驱动信号控制灯带工作时的亮度、颜色的变化方向为正向，即提高灯珠的亮度、颜色深度以及变化速度。当语音频谱中的幅度小于预设幅度时，则表明用户此时的情绪较为低迷。因此，控制装置将输出对应的驱动信号控制灯带工作时的亮度、颜色的变化方向为反向，即降低灯珠的亮度、颜色深度以及变化速度。
[0080] 本发明还提出一种控制装置，所述控制装置包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的灯具控制程序，所述灯具控制程序配置为实现如上述任一项所述的灯具的控制方法的步骤。值得注意的是，由于本发明控制装置基于上述的灯具的控制方法，因此，本发明控制装置的实施例包括上述灯具的控制方法全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。
[0081] 本发明还提出一种灯具，所述灯具包括由多个灯珠组成的灯带和如上述所述的控制装置。值得注意的是，由于本发明灯具基于上述的控制装置，因此，本发明灯具的实施例包括上述控制装置全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。
[0082] 参考图3至图5，在本发明一实施例中，所述灯具设有电源输入端，所述灯具包括：
[0083] 麦克风；
[0084] 供电电路，所述供电电路的输入端与所述电源输入端电连接，用于将电源输入端输入的电压转换为供电电压并输出；
[0085] 驱动电路，所述驱动电路的输入端与所述控制装置电连接，所述驱动电路的输出端与所述灯带电连接，用于输出驱动信号至所述灯带；
[0086] 信号放大电路，所述信号放大电路的输入端与所述麦克风电连接，所述信号放大电路的输出端与所述控制装置电连接，用于放大麦克风输入的语音信号并输出。
[0087] 在本实施例中，麦克风需设置于便于拾取语音信号的位置，以便于准确的获取语音信号。供电电路可采用DC/DC电压转换电路、AC/DC电压转换电路等来实现，以实现电源输入端输入的电压转换为内部电路所需的电压的过程。其中，所述供电电路包括：电压转换电路，所述电压转换电路的输入端与所述电源输入端电连接，所述电压转换电路用于将输入的第一电压转换为第二电压并输出；低压差线性稳压电路，所述低压差线性稳压电路的输入端与所述电压转换电路的输出端电连接，所述低压差线性稳压电路用于将输入的第二电压转换为第三电压，并稳定输出。
[0088] 在本实施例中，电压转换电路可以根据实际应用场景采用升压型DC/DC转换器、降压型DC/DC转换器、升降压型DC/DC转换器、BUCK电路等来实现。可以理解的是，灯具作为主要应用于家庭的照明工具，其所连接的供电电源主要为家庭交流电220V，而LED灯带的供电电源通常是12V或者24V的直流电压。因此，需要往往需要采用对应的适配器将输入的220V交流电压转换为12V或者24V直流电压。其中，以适配器输入的直流电压为12V为例。进一步而言，灯具中包括控制装置、信号放大电路等，其所需的供电电压通常为3.3V直流电压。因此，电压转换电路在该种情况下需要采用降压型DC/DC转换器，将输入的12V直流电压转换为3.3V直流电压并输出，即实现第一电压转换为第二电压的过程。具体而言，所述电压转换电路包括电压转换芯片、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电感；其中，所述第一二极管D1的阳极与所述电源输入端电连接，所述第一二极管D1的阴极与所述第一电阻R1的第二端电连接；所述第一电阻R1的第一端与所述第一电容C1的第一端、所述第二电阻R2的第二端、所述电压转换芯片的VIN引脚电连接；所述第一电容C1的第二端与接地端电连接；所述第二电阻R2的第二端与所述电压转换芯片的EN引脚电连接；所述第一电感的第一端与所述第二二极管D2的阴极、所述第三电容C3的第二端、所述电压转换芯片的SW引脚电连接，所述第一电感的第二端与所述第二电容C2的第二端、电源输出端电连接；所述第二电容C2的第一端与所述第二二极管D2的阳极、接地端电连接；所述第三电容C3的第一端与所述电压转换芯片的BST引脚电连接；所述第三电阻R3的第一端与所述电压转换芯片的FB引脚、所述第四电容C4的第一端、所述第四电阻R4的第二端电连接，所述第三电阻R3的第二端与所述第四电容C4的第二端、所述第二电容C2的第二端电连接；所述第四电阻R4的第一端与所述电压转换芯片的GND引脚、接地端电连接。第一二极管D1与第二二极管D2起到限制电流流向的技术效果，从而实现防倒灌的技术效果，并通过电阻、电容、电感的组合实现输入电压的滤波。此外，电压转换电路通过电压转换芯片及其负载电阻将输入的12V直流电压转换为5V的直流电压并输出。
[0089] 进一步而言，控制装置通常有一个指定的工作电压范围，例如3.0V至3.6V。在这个范围内，控制装置可以可靠地运行。如果电压超出这个范围，可能会导致不稳定的行为、数据错误或甚至损坏。此外，控制装置内部的数字逻辑电路需要一个清晰的区分逻辑“0”和逻辑“1”的阈值。稳定的电压有助于确保这些逻辑电平不会因电源波动而变化，从而避免误操作。因此，控制装置的工作往往需要一个稳定的工作电压。
[0090] 具体而言，所述低压差线性稳压电路包括低压差线性稳压芯片、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11；
[0091] 其中，所述第五电容C5的第一端与所述第六电容C6的第一端、所述第七电容C7的第一端、所述第八电容C8的第一端、所述电源输出端、所述低压差线性稳压芯片的IN端电连接，所述第五电容C5的第二端与所述第六电容C6的第二端、接地端电连接；所述第七电容C7的第二端与所述第八电容C8的第二端、所述低压差线性稳压芯片的GND引脚、所述第九电容C9的第二端、所述第十电容C10的第二端、所述第十一电容C11的第二端、接地端电连接；所述第九电容C9的第一端与所述第十电容C10的第一端、所述第十一电容C11的第一端、所述低压差线性稳压芯片的OUT引脚、稳压输出端电连接。通过多个电压将输入的第二电压进行滤波处理后再由低压差线性稳压芯片进行降压后稳定输出，即第三电压，以为控制装置提供稳定电压。
[0092] 在本实施例中，驱动电路可以采用开关电路、驱动芯片等来实现。其中，根据不同的灯珠需要选择对应的驱动电路来实现进一步的控制。例如RGB灯珠需要通过SPI驱动信号进行驱动控制；而CW灯珠则需要通过PWM驱动信号进行控制。进一步而言，RGB灯珠的驱动可通过控制装置与驱动芯片实现。控制装置用于生成对应的SPI驱动信号，驱动芯片则通过接收来自控制装置的SPI驱动信号，并根据驱动信号控制LED灯珠的亮度和颜色。
[0093] 需要了解的是，麦克风输出的电信号通常非常微弱，需要通过前置放大器来增加信号的幅度，以提高语音信号的质量。具体而言，所述信号放大电路包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、第一三极管、第二三极管；
[0094] 其中，所述第五电阻R5的第一端与所述第七电阻R7的第一端、所述稳压输出端电连接，所述第五电阻R5的第二端与所述第六电阻R6的第一端、所述第十二电容C12的第二端电连接；所述第六电阻R6的第二端与所述第十三电容C13的第一端、所述麦克风的第一端电连接；所述第十二电容C12的第一端与接地端电连接；所述第十三电容C13的第二端与所述第八电阻R8的第二端、所述第一三极管的基极电连接；所述麦克风的第二端与接地端电连接；所述第七电阻R7的第二端与所述第八电阻R8的第一端、所述第九电阻R9的第二端、所述第一三极管的集电极电连接；所述第九电阻R9的第一端与所述第十四电容C14的第一端电连接；所述第十四电容C14的第二端与所述第十电阻R10的第一端、所述第二三极管的基极电连接；所述第十电阻R10的第二端与所述第十一电阻R11的第二端、所述第十六电容C16的第一端、所述第二三极管的集电极电连接；所述第十一电阻R11的第一端与稳压输出端电连接；所述第十六电容C16的第二端与所述第十三电阻R13的第一端、所述主控装置电连接；所述第十三电阻R13的第二端与接地端电连接；所述第一三极管的发射极与所述第十五电容C15的第二端、所述第十二电阻R12的第二端、接地端电连接；所述第二三极管的发射极与所述第十五电容C15的第一端、所述第十二电阻R12的第一端电连接。通过采用两级放大电路，放大麦克风输出的语音信号。放大信号的电压变化范围扩大，并处于控制范围的ADC采样量程内。
[0095] 本发明还提出一种灯具系统，所述灯具系统包括云端、外部终端和如上述任一项所述的灯具。值得注意的是，由于本发明灯具系统基于上述的灯具，因此，本发明灯具系统的实施例包括上述灯具全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。
[0096] 在本实施例中，用户可通过外部终端与云端实现对灯具工作模式的设定，例如自定义灯效、定时开/关灯、特定灯效选择等。
[0097] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
