索忠祥 董香麗

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們消費(fèi)水平的不斷提高，垃圾產(chǎn)生的數(shù)量和種類(lèi)變得越來(lái)越多。本文設(shè)計(jì)了一種基于STC89C52RC單片機(jī)的智能語(yǔ)音分類(lèi)垃圾桶，本系統(tǒng)由STC89C52RC單片機(jī)、LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊、HC-SR501人體紅外傳感器模塊、SW-1801P震動(dòng)開(kāi)關(guān)模塊、SG90舵機(jī)模塊、DY-SV17F語(yǔ)音播報(bào)模塊和HX711稱重模塊組成，采用了單片機(jī)技術(shù)、非特定人語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)、傳感器技術(shù)和舵機(jī)控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：智能分類(lèi)垃圾桶;LD3320;非特定人語(yǔ)音識(shí)別技術(shù);語(yǔ)音播報(bào)

1系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為核心CPU，它的信號(hào)輸入源是語(yǔ)音識(shí)別模塊、人體感應(yīng)模塊、稱重模塊和震動(dòng)模塊。單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理后，向語(yǔ)音播報(bào)模塊和舵機(jī)模塊發(fā)送相應(yīng)的控制信號(hào)，控制相應(yīng)模塊開(kāi)始工作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖1 所示。

2系統(tǒng)功能

具體功能實(shí)現(xiàn)如下：

（1）???? 通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別模塊獲取扔垃圾者口述的語(yǔ)音信息，并且對(duì)其中的關(guān)鍵字進(jìn)行識(shí)別和匹配，匹配成功后將此信號(hào)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)在收到信號(hào)后控制語(yǔ)音播報(bào)模塊通過(guò)喇叭播報(bào)垃圾的種類(lèi)，并且驅(qū)使相應(yīng)垃圾種類(lèi)的舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)垃圾桶開(kāi)關(guān)蓋。

（2）???? 采用稱重模塊獲取垃圾桶內(nèi)的重量信息。單片機(jī)實(shí)時(shí)獲取由稱重模塊傳過(guò)來(lái)的重量信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)判斷桶內(nèi)垃圾重量達(dá)到預(yù)定的閾值時(shí)，控制語(yǔ)音播報(bào)模塊播報(bào)相應(yīng)的音頻文件，提示垃圾桶滿了。

（3）???? 采用人體感應(yīng)模塊檢測(cè)垃圾桶前是否有人。人體感應(yīng)模塊檢測(cè)到有人時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)獲取到該電壓信號(hào)時(shí)，控制語(yǔ)音播報(bào)模塊播放響應(yīng)的音頻文件，同時(shí)也驅(qū)使舵機(jī)做開(kāi)關(guān)蓋動(dòng)作。

（4）???? 采用震動(dòng)檢測(cè)模塊檢測(cè)是否產(chǎn)生踢桶的行為。震動(dòng)檢測(cè)模塊檢測(cè)到有震動(dòng)感應(yīng)產(chǎn)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)獲取到該電壓信號(hào)時(shí)，控制舵機(jī)模塊做開(kāi)關(guān)蓋動(dòng)作。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1? 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1.1????? LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊

LD3320芯片在通過(guò)麥克風(fēng)接收到用戶的音信息后，首先會(huì)將采集到的語(yǔ)音信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，并且對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析，獲取這段語(yǔ)音信息在頻率分布上的特征，然后用芯片內(nèi)部預(yù)存的關(guān)鍵詞的特征和獲取到的特征進(jìn)行相似度匹配，匹配成功將最優(yōu)的一條詞語(yǔ)信息輸出，匹配失敗輸出識(shí)別失敗指令。

3.1.2????? 語(yǔ)音播報(bào)模塊

根據(jù)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)，DY-SV17F只啟用了前四個(gè)I/O口。DY-SV17F未接收到單片機(jī)的指令時(shí)它的I/O引腳保持高電平信號(hào)。當(dāng)DY-SV17F接受到單片機(jī)的指令時(shí)，它會(huì)控制與單片機(jī)相連的I/O口產(chǎn)生不同的高低電平信號(hào)，不同的I/O口高低電平組合對(duì)應(yīng)著不同的音頻文件。單片機(jī)通過(guò)控制與DY-SV17F相連的I/O口組合產(chǎn)生不同的高低電平信號(hào)來(lái)表示想要播放的音頻文件，DY-SV17F通過(guò)外連的揚(yáng)聲器播放音頻，播放完畢后I/O口會(huì)變回為低電平。

3.1.3????? 稱重模塊

（1）???? 壓力傳感器

壓力傳感器具有R1、R2、R3和R4四個(gè)電阻應(yīng)變片。當(dāng)壓力傳感器收到外力時(shí)，會(huì)使R1、R2、R3和R4被擠壓或者拉伸發(fā)生形變，它們的阻值會(huì)因此變大或者變小，產(chǎn)生出不同的電壓值，從而可以將非電量轉(zhuǎn)化為電量輸出。

（2）???? HX711稱重芯片

壓力傳感器產(chǎn)生電壓信號(hào)后通過(guò)A通道將電壓信號(hào)傳送給HX711芯片，A通道可以將電壓信號(hào)增強(qiáng)到128倍，HX711芯片接收到增強(qiáng)的電壓信號(hào)后運(yùn)用電壓轉(zhuǎn)換重量公式對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)化計(jì)算，最后輸出轉(zhuǎn)化后的值。單片機(jī)通過(guò)讀取HX711輸出的數(shù)據(jù)就可以獲取到現(xiàn)在垃圾桶重垃圾的重量。

3.1.4SG90舵機(jī)模塊

單片機(jī)通過(guò)信號(hào)線向SG90的控制電路發(fā)出控制信號(hào)，SG90的控制電路在接收到后首先會(huì)讓電機(jī)開(kāi)始工作發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)促使齒輪組也開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，將動(dòng)力傳送到輸出舵盤(pán)。舵機(jī)內(nèi)部有一個(gè)反饋電位計(jì)，當(dāng)舵盤(pán)受到動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，同時(shí)反饋電位計(jì)也會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后輸出電壓信號(hào)到控制電路板，代表著當(dāng)前的位置，從而控制電路板可以確定當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向，達(dá)到控制的效果。

SG90的控制信號(hào)是由單片機(jī)發(fā)出的PWM信號(hào)，它的脈寬0.5ms-2.5ms對(duì)應(yīng)著控制SG90輸出軸轉(zhuǎn)角0-180度。SG90收到PWM控制信號(hào)后會(huì)控制它的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)到對(duì)應(yīng)脈寬的角度上，直到它再次收到另一個(gè)脈寬的控制信號(hào)才會(huì)控制轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主程序?qū)Ω鱾€(gè)模塊進(jìn)行初始化后，調(diào)用子程序控制各個(gè)模塊開(kāi)始工作，子程序?qū)⑤敵龅慕Y(jié)果以指令的方式發(fā)送到主程序和舵機(jī)控制程序。主程序收到由各個(gè)子程序發(fā)送回來(lái)的指令信息后，通過(guò)switch語(yǔ)句對(duì)其進(jìn)行循環(huán)判斷，判斷完成后再輸出相應(yīng)的指令到語(yǔ)音播報(bào)程序和舵機(jī)程序，從而達(dá)到播放相應(yīng)的音頻文件和控制相應(yīng)的舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的效果。

4系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)對(duì)硬件和軟件的不斷調(diào)試，最終達(dá)成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足以下要求：垃圾桶可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別垃圾種類(lèi)功能。扔垃圾者口述垃圾名稱，垃圾桶識(shí)別成功后會(huì)在1 秒鐘內(nèi)播報(bào)出該垃圾名稱所屬的垃圾種類(lèi)，并且相應(yīng)垃圾種類(lèi)的垃圾桶蓋也會(huì)打開(kāi)和閉合。垃圾桶可以實(shí)時(shí)檢測(cè)桶內(nèi)垃圾重量，達(dá)到閾值時(shí)可以會(huì)語(yǔ)音預(yù)警。當(dāng)桶內(nèi)垃圾超過(guò)1Kg時(shí)，垃圾桶會(huì)在1 秒種之內(nèi)自動(dòng)語(yǔ)音提示：“主人，垃圾桶滿了”，提示垃圾桶需要清理，同時(shí)垃圾桶蓋會(huì)自動(dòng)打開(kāi)和閉合。垃圾桶可以實(shí)現(xiàn)人體感應(yīng)開(kāi)蓋功能。當(dāng)有人在垃圾桶上方10厘米內(nèi)伸手時(shí)，垃圾桶會(huì)1 秒種之內(nèi)語(yǔ)音提示：“主人，有人靠近”，同時(shí)垃圾桶蓋會(huì)自動(dòng)打開(kāi)和閉合。垃圾桶可以實(shí)現(xiàn)腳踢垃圾桶開(kāi)蓋功能。當(dāng)有人用腳輕踢垃圾桶時(shí)，垃圾桶蓋會(huì)自動(dòng)打開(kāi)和閉合。

5總結(jié)

隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，智能語(yǔ)音分類(lèi)垃圾桶很快便會(huì)普及到我們的日常生活中。

本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是為了提高人們的垃圾分類(lèi)回收意識(shí)和垃圾的回收利用率，從而減少垃圾對(duì)環(huán)境的污染和人們對(duì)資源的浪費(fèi)，更好的為人們服務(wù)。

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作者簡(jiǎn)介：

索忠祥，男，物聯(lián)網(wǎng)工程16-01，山東協(xié)和學(xué)院學(xué)生;

董香麗（1987-），女，碩士研究生，講師，山東菏澤，研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)。