１、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械傳動裝置等設(shè)備對于傳統(tǒng)垃圾桶進行改造發(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行檢測，通過垃圾桶所內(nèi)置的微電腦控制芯片進行處理，操控機械傳統(tǒng)裝置，實現(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)計針對當(dāng)今智能垃圾桶探測距離的不足，利用ＳＴＣ８９Ｃ５２單片機作為系統(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行識別，實現(xiàn)對于垃圾桶的智能化語音識別控制，完成遠距離非接觸式智能開閉和系統(tǒng)運動的功能。同時利用超聲波測距算法，實現(xiàn)對垃圾桶內(nèi)部容量的智能提醒。

　　２、系統(tǒng)組成

　　本設(shè)計主要由數(shù)據(jù)采集部分、機械驅(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)進行分析，對機械驅(qū)動部分的電機發(fā)出對應(yīng)操作指令，完成相應(yīng)的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、開蓋、閉蓋等動作，達到在１ｍ距離外對垃圾桶進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)深度進行測量，主控芯片ＳＴＣ８９Ｃ５２利用中斷定時原理，實現(xiàn)對于垃圾桶內(nèi)容量的監(jiān)控，并實時的將數(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。

　　３、硬件設(shè)計組成

　　３．１、ＬＤ３３２０非特定語音識別模塊

　　ＬＤ３３２０作為一款基于非特定人語音識別（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／人機對話等功能。且ＬＤ３３２０在工作時，無需進行預(yù)先的訓(xùn)練和錄音，語音識別率準確率達到了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現(xiàn)與上位單片機的通行，需要為ＬＤ３３２０芯片設(shè)計外圍電路，電路設(shè)計如圖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。

　　３．２、電機驅(qū)動

　　本設(shè)計需要采用電機實現(xiàn)對于垃圾桶的密閉桶蓋的自動開閉和整體設(shè)計的各個方向移動，為了能夠讓作為控制核心的ＳＴＣ８９Ｃ５２單片機能夠更好的控制各個運動電機，故需要設(shè)計相關(guān)的電機驅(qū)動電路，本設(shè)計采用Ｌ２８９ＮＨ橋驅(qū)動芯片為核心設(shè)計電機驅(qū)動電路。

　　同時保證不會因為電機的堵轉(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)計采用光耦雙隔離措施實現(xiàn)電機驅(qū)動和主控ＳＴＣ８９Ｃ５２單片機的電氣隔離，使得主控單片機能夠正常工作。

　　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，同時實現(xiàn)對于垃圾桶內(nèi)容量的智能化管理，本設(shè)計采用工作狀態(tài)屏幕實現(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。

　　４、軟件設(shè)計

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

　　４．１、ＬＤ３３２０非特定人語音識別流程

　　ＬＤ３３２０作為一款專門用于非特定人語音識別功能而設(shè)計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：先進行語音識別的初始化，然后寫入識別列表，系統(tǒng)即開始進行語音識別，并準備好中斷響應(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，每個識別條目是標準普通話的漢語拼音（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、電機控制程序流程

　　由于設(shè)計需要完成多種不同類型的動作，需要設(shè)計的電機數(shù)量較多，因為采用了Ｌ２９８Ｎ電機驅(qū)動芯片方便控制。

　　５、驗證分析

　　為了驗證本設(shè)計在正常工作環(huán)境下的工作能力，試驗采用一個面積為３５ｍ２的普通標準聲學(xué)設(shè)計房間作為試驗場地對設(shè)計的語音識別功能進行了檢測。

　　試驗采用電腦以相同音量在不同距離依次播放前進、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)計設(shè)計的誤識別率、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實現(xiàn)遠距離智能操控，實驗語音控制／識別型智能垃圾桶，有效隔絕病菌傳播途徑。設(shè)計可以實現(xiàn)在２ｍ距離內(nèi)的遠距離語音控制，實現(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。