?。?、引言

　　智能垃圾桶是一種利用自動控制技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，采用微電腦控制芯片、新型傳感探測裝置和機(jī)械傳動裝置等設(shè)備對于傳統(tǒng)垃圾桶進(jìn)行改造發(fā)展而來的新型智能家居生活用品。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，各種智能化家居產(chǎn)品順應(yīng)市場需求大量出現(xiàn)。這些智能垃圾桶大都基于紅外傳感探測裝置對于靠近的人員所釋放的人體熱釋紅外信號進(jìn)行檢測，通過垃圾桶所內(nèi)置的微電腦控制芯片進(jìn)行處理，操控機(jī)械傳統(tǒng)裝置，實(shí)現(xiàn)非接觸式的垃圾桶只能開閉功能。但由于當(dāng)今紅外ｘ熱釋傳感器的傳感距離有限，使得大部分垃圾桶的探測距離不足１ｍ，這樣的控制距離不能有效的隔絕垃圾桶中的有害病菌的傳播途徑。

　　本設(shè)計(jì)針對當(dāng)今智能垃圾桶探測距離的不足，利用ＳＴＣ８９Ｃ５２單片機(jī)作為系統(tǒng)控制核心，采用由ＩＣＲｏｕｔｅ公司生產(chǎn)的非特定語音識別芯片ＬＤ３３２０和非特定語音識別算法對于控制語音命令進(jìn)行識別，實(shí)現(xiàn)對于垃圾桶的智能化語音識別控制，完成遠(yuǎn)距離非接觸式智能開閉和系統(tǒng)運(yùn)動的功能。同時利用超聲波測距算法，實(shí)現(xiàn)對垃圾桶內(nèi)部容量的智能提醒。

　?。?、系統(tǒng)組成

　　本設(shè)計(jì)主要由數(shù)據(jù)采集部分、機(jī)械驅(qū)動部分、主控芯片ＳＴＣ８９Ｃ５２、照明系統(tǒng)和工作狀態(tài)顯示屏幾部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖１所示。

　　用麥克風(fēng)采集聲音信號，經(jīng)過濾波、放大處理后送入ＬＤ３３２０非特定語音識別模塊進(jìn)行語音識別處理，處理結(jié)果通過串口送入主控芯片ＳＴＣ８９Ｃ５２中［４］。主控芯片通過對于接收自ＬＤ３３２０語音識別芯片的處理結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對機(jī)械驅(qū)動部分的電機(jī)發(fā)出對應(yīng)操作指令，完成相應(yīng)的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、開蓋、閉蓋等動作，達(dá)到在１ｍ距離外對垃圾桶進(jìn)行語音識別控制的功能［５］。同時利用ＵＳ－１００超聲波測距模塊對垃圾桶內(nèi)深度進(jìn)行測量，主控芯片ＳＴＣ８９Ｃ５２利用中斷定時原理，實(shí)現(xiàn)對于垃圾桶內(nèi)容量的監(jiān)控，并實(shí)時的將數(shù)據(jù)反應(yīng)在工作狀態(tài)顯示屏上，完成對于垃圾桶容量的智能化管理，提醒用戶適時更換清潔垃圾桶。采用光傳感器，對于環(huán)境亮度進(jìn)行探測，使得垃圾桶在夜間或低亮度環(huán)境下能夠啟用照明設(shè)施，方便用戶使用。

　?。?、硬件設(shè)計(jì)組成

　?。常薄ⅲ蹋模常常玻胺翘囟ㄕZ音識別模塊

　?。蹋模常常玻白鳛橐豢罨诜翘囟ㄈ苏Z音識別（ＳＩ－ＡＳＲ）技術(shù)的語音識別／聲控芯片，集成了一系列與其功能相關(guān)的外部電路，包括ＡＤＣ、ＤＡＣ、麥克風(fēng)剪口、聲音輸出接口等，使得ＬＤ３３２０能夠在沒有任何外接輔助Ｆｌａｓｈ、ＲＡＭ芯片的情況下直線語音識別／聲控／人機(jī)對話等功能。且ＬＤ３３２０在工作時，無需進(jìn)行預(yù)先的訓(xùn)練和錄音，語音識別率準(zhǔn)確率達(dá)到了９５％，是一款優(yōu)秀的非特定性語音識別芯片。

　　為了讓ＬＤ３３２０芯片能夠正常工作并且實(shí)現(xiàn)與上位單片機(jī)的通行，需要為ＬＤ３３２０芯片設(shè)計(jì)外圍電路，電路設(shè)計(jì)如圖２所示。其中紅色ＬＥＤ用于指示ＬＤ３３２０芯片的工作狀態(tài)，當(dāng)ＬＤ３３２０正常工作時，紅色ＬＥＤ將會閃亮。

　?。常?、電機(jī)驅(qū)動

　　本設(shè)計(jì)需要采用電機(jī)實(shí)現(xiàn)對于垃圾桶的密閉桶蓋的自動開閉和整體設(shè)計(jì)的各個方向移動，為了能夠讓作為控制核心的ＳＴＣ８９Ｃ５２單片機(jī)能夠更好的控制各個運(yùn)動電機(jī)，故需要設(shè)計(jì)相關(guān)的電機(jī)驅(qū)動電路，本設(shè)計(jì)采用Ｌ２８９ＮＨ橋驅(qū)動芯片為核心設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動電路。

　　同時保證不會因?yàn)殡姍C(jī)的堵轉(zhuǎn)等故障所造成的大電流而損壞，需要采用相關(guān)的電氣隔離措施，本設(shè)計(jì)采用光耦雙隔離措施實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動和主控ＳＴＣ８９Ｃ５２單片機(jī)的電氣隔離，使得主控單片機(jī)能夠正常工作。

　　３．３、工作狀態(tài)顯示屏及照明模塊

　　為了更好的向用戶反映系統(tǒng)的工作狀態(tài)，方便用戶使用，同時實(shí)現(xiàn)對于垃圾桶內(nèi)容量的智能化管理，本設(shè)計(jì)采用工作狀態(tài)屏幕實(shí)現(xiàn)對于垃圾桶工作狀態(tài)和剩余容量的及時顯示，方便用戶查看。同時利用節(jié)能環(huán)保的高亮ＬＥＤ，從而使得系統(tǒng)能夠在夜間或者低亮度條件下使用。

　?。?、軟件設(shè)計(jì)

　　基于ＬＤ３３２０的智能語音控制垃圾桶系統(tǒng)采用ＳＴＣ８９Ｃ５２單片機(jī)作為控制ＭＣＵ，其系統(tǒng)程序主要分為語音識別、容量探測、電機(jī)控制３個部分［８］。系統(tǒng)程序主流程如圖３所示。

　?。?strong>．１、ＬＤ３３２０非特定人語音識別流程

　?。蹋模常常玻白鳛橐豢顚ｉT用于非特定人語音識別功能而設(shè)計(jì)的智能語音識別芯片，內(nèi)部包含有和語音識別相關(guān)的各類功能模塊，為了使得ＬＤ３３２０能夠正常工作，需要寫入相關(guān)的驅(qū)動程序。ＬＤ３３２０的語音識別的操作順序是：先進(jìn)行語音識別的初始化，然后寫入識別列表，系統(tǒng)即開始進(jìn)行語音識別，并準(zhǔn)備好中斷響應(yīng)函數(shù)，打開中斷允許位。在“開始識別”后，讀取寄存器Ｂ２Ｈ的值，如果為２１Ｈ就表示有識別結(jié)果產(chǎn)生。

　　ＬＤ３３２０初始化后是寫入識別列表。識別列表的規(guī)則是：每個識別條目對應(yīng)一個特定的編號（１個字節(jié)），不同識別條目的編號可以相同，而且不用連續(xù)。ＬＤ３３２０芯片最多支持５０個識別條目，每個識別條目是標(biāo)準(zhǔn)普通話的漢語拼音（小寫），每２個字（漢語拼音）之間用１個空格間隔［７－８］。ＬＤ３３２０語音識別主程序流程如圖４所示，語音識別系統(tǒng)中斷流程如圖５所示。

　　４．2、電機(jī)控制程序流程

　　由于設(shè)計(jì)需要完成多種不同類型的動作，需要設(shè)計(jì)的電機(jī)數(shù)量較多，因?yàn)椴捎昧耍蹋玻梗福坞姍C(jī)驅(qū)動芯片方便控制。

　?。怠Ⅱ?yàn)證分析

　　為了驗(yàn)證本設(shè)計(jì)在正常工作環(huán)境下的工作能力，試驗(yàn)采用一個面積為３５ｍ２的普通標(biāo)準(zhǔn)聲學(xué)設(shè)計(jì)房間作為試驗(yàn)場地對設(shè)計(jì)的語音識別功能進(jìn)行了檢測。

　　試驗(yàn)采用電腦以相同音量在不同距離依次播放前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止、開啟、關(guān)閉共７個語音命令，在每個距離上循環(huán)播放２５０次，統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)的誤識別率、據(jù)識別率和正確識別率。數(shù)據(jù)結(jié)果如表１所示。

　　６、結(jié)論

　　設(shè)計(jì)針對現(xiàn)有智能垃圾桶控制距離不足的問題，提出了采用語音識別算法，采用非特定語音識別芯片ＬＤ３３２０實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離智能操控，實(shí)驗(yàn)語音控制／識別型智能垃圾桶，有效隔絕病菌傳播途徑。設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)在２ｍ距離內(nèi)的遠(yuǎn)距離語音控制，實(shí)現(xiàn)垃圾桶密封桶蓋智能開啟，垃圾桶全方向移動、智能容量檢測顯示、夜間低光照明功能。