基于語音識別的智能垃圾分類控制系統(tǒng)設(shè)計

1、基于語音識別的智能垃圾分類控制系統(tǒng)設(shè)計摘要：隨著“智慧城市”這一名詞的提出，城市智能化設(shè)施越來越完善。本設(shè)計以STC89C52單片機(jī)為控制核心，采用LD3320語音識別芯片，設(shè)計了一款基于語音識別的智能垃圾分類控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)垃圾桶的智能化、語音化管理。方便快捷地幫助人們識別垃圾種類，并實現(xiàn)非接觸式投放。關(guān)鍵詞：語音識別；智能垃圾桶；垃圾分類引言2019年，我國環(huán)境監(jiān)管部門提出垃圾分類政策，并在上海市開始了垃圾分類處理，之后北京、天津、杭州等各個城市相繼開展垃圾分類管理活動。目前在我國城市街道上的分類垃圾桶大部分只是貼有標(biāo)簽的普通垃圾桶，需要人為去識別垃圾種類，這種分類桶缺乏自控能力，再加上

2、我國對垃圾分類宣傳力度不夠，可回收垃圾的種類是很多人的盲區(qū)，使其分類并沒有達(dá)到想要的結(jié)果。針對垃圾分類問題，本設(shè)計利用STC89C52RC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語音命令進(jìn)行識別，完成遠(yuǎn)距離非接觸式智能開關(guān)蓋、語音播報和系統(tǒng)狀態(tài)指示功能。系統(tǒng)整體方案基于語音識別的智能垃圾分類控制系統(tǒng)設(shè)計要求實現(xiàn)對使用者發(fā)出的語音指令完成識別、垃圾桶自動開蓋、語音播報垃圾種類、顯示系統(tǒng)狀態(tài)、垃圾桶延遲數(shù)秒后自動關(guān)蓋的功能。為實現(xiàn)目標(biāo)功能本系統(tǒng)共分為9部分，分別為電源模塊語音識別模塊、舵機(jī)驅(qū)動模塊、語音播報模塊、單片機(jī)主控模塊、復(fù)位

3、電路、晶振電路、按鍵電路和狀態(tài)指示電路。系統(tǒng)硬件設(shè)計主控制模塊本設(shè)計以宏晶公司研制的STC89C52RC單片機(jī)為控制器。STC89C52RC內(nèi)部增設(shè)了存儲器，成本低，開發(fā)空間大，能夠嵌入到系統(tǒng)中使用，方便靈活。電源電壓穩(wěn)定，可支持2.7至6V電壓，本設(shè)計采用5V供電。由于本設(shè)計是基于語音識別的智能垃圾分類控制系統(tǒng)，最終需要安裝在垃圾桶上，為避免工作人員與垃圾桶直接接觸干凈衛(wèi)生，設(shè)計復(fù)位電路為上電復(fù)位電路，采用單晶振同步，單片機(jī)工作頻率為11.0592MH，為提高精準(zhǔn)度，防止在傳輸信號中造成的時間差，在硬件布局時將晶振盡可能靠近單片機(jī)。語音識別模塊本設(shè)計采用LD3320語音識別模塊對用戶說出垃圾

4、名稱進(jìn)行識別，其最大優(yōu)勢則是：非特定的人工語音識別功能，可對關(guān)鍵字列表實施編輯處理，提供優(yōu)化方案，并精確了各種通道設(shè)計，識別精準(zhǔn)性較高。自由編輯關(guān)鍵字可以達(dá)到50個。LD3320語音識別模塊首先將MIC輸入信號轉(zhuǎn)化為頻譜數(shù)據(jù)，并提取信號細(xì)微特征，找到關(guān)鍵字去比對；再結(jié)合列表關(guān)鍵字進(jìn)行逐一比對，從而得到結(jié)果然后與內(nèi)置數(shù)據(jù)庫關(guān)鍵詞進(jìn)行比對識別出語言信息。語音播報模塊本設(shè)計選擇WT588D語音芯片反饋垃圾對應(yīng)種類。WT588D的I/O口較多，且定價比較合理，能夠?qū)崿F(xiàn)多次燒錄。整個操作比較簡單，容易上手。該芯片中融合語音識別和語音編輯功能，內(nèi)部增加了FLASH存儲器，也可設(shè)計成為FLASH單片機(jī)，它是

5、常見的語音芯片，進(jìn)一步分析看，在WT588D模塊也包含了FLASH存儲器和電路結(jié)構(gòu)，通過外部控制設(shè)備、電源等就可啟動。舵機(jī)驅(qū)動模塊使用了4臺舵機(jī)用來控制垃圾桶的開合。舵機(jī)是一種位置伺服驅(qū)動器，適用于控制角度變化的設(shè)備。舵機(jī)輸入信號是單片機(jī)產(chǎn)生的PWM信號，通過不同的占空比控制舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度及方向。狀態(tài)指示電路為方便觀察系統(tǒng)的工作狀態(tài)，設(shè)計了LED指示燈電路，當(dāng)垃圾桶打開時指示燈點亮，關(guān)閉時則熄滅。狀態(tài)指示電路由四個LED指示燈組成，四個LED指示燈分別對應(yīng)可回收物、有害垃圾、廚余垃圾、其他垃圾。按鍵電路本系統(tǒng)設(shè)計有4個6*6*4.3MM微動開關(guān)按鍵。這4個按鍵分別是：K1開/關(guān)有害垃圾桶按鍵，

6、K2開/關(guān)廚余垃圾桶按鍵，K3開/關(guān)其他垃圾桶按鍵，K4開/關(guān)可回收垃圾桶按鍵。按下按鍵對應(yīng)的垃圾桶開蓋，再按一下垃圾桶關(guān)蓋。整體電路本設(shè)計以STC89C52RC單片機(jī)為主控制器，LD3320語音識別模塊，WT588D語音播報模塊，舵機(jī)等模塊協(xié)同工作，系統(tǒng)利用定時循環(huán)檢測是否有語音輸入實現(xiàn)語音識別的智能垃圾分類控制系統(tǒng)。整體硬件電路如圖2所示。圖2整體硬件電路功能測試接通電源后打開開關(guān)，系統(tǒng)響應(yīng)語音提示“歡迎使用分類垃圾桶”，對硬件發(fā)送“垃圾桶”指令后，系統(tǒng)響應(yīng)提示“您好”，按照二級語音指令中關(guān)鍵詞進(jìn)行測試，系統(tǒng)給出響應(yīng)。例如說出“易拉罐”，系統(tǒng)響應(yīng)“可回收物”，延遲數(shù)秒后播報“感謝您的配合”

7、同時關(guān)閉垃圾桶蓋。本次測試選擇室內(nèi)和室外兩種環(huán)境，每種環(huán)境下由三個非特定人測試9個語句，每句測試10遍，最終算出識別率。語音指令實際測試識別效果數(shù)據(jù)表如表1所示。最后測試按鍵按下后是否有響應(yīng)。經(jīng)測試系統(tǒng)能夠完美地實現(xiàn)設(shè)計的全部目標(biāo)。表1語音指令實際測試識別效果數(shù)據(jù)表語句室內(nèi)（安靜環(huán)境）室外（嘈雜環(huán)境）成功識別的次數(shù)環(huán)境非特定人1非特定人2非特定人3非特定人1非特定人2非特定人3垃圾桶10101010910溫度計99910109打火機(jī)99109910西瓜皮9101010910面包91099109渣土99109109海綿10101010910易拉罐1091010109報紙9101010109識別率93.95.97.96.95.94.30%50%70%60%50%40%總結(jié)本次設(shè)計的智能垃圾分類控制系統(tǒng)主要由語音識別模塊、舵機(jī)驅(qū)動模塊和語音播報模塊等部分組成。實現(xiàn)了語音識別，舵機(jī)控制，語音播報，狀態(tài)指示4項功能。在這個各國注重垃圾分類、人們追求更高的生活質(zhì)量、環(huán)保意識的不斷提高的今天。語音識別的智能垃圾分類控制系統(tǒng)順應(yīng)社會發(fā)展的趨勢，具有很強(qiáng)的應(yīng)用性。參考文獻(xiàn)1.鮑中山，孟玲霞，曾凡浩智能分類垃圾箱設(shè)計J.高校實驗室科學(xué)技術(shù),2