蔡順燕 藺軍 楊金蓮

【摘 ?要】論文主要介紹了基于STC89C52單片機(jī)為主控芯片的盲人專(zhuān)用洗衣機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)盲人在日常行動(dòng)上主要依靠聽(tīng)覺(jué)這一特點(diǎn)，使用LD2330語(yǔ)音識(shí)別模塊讓盲人對(duì)洗衣機(jī)進(jìn)行操作，并通過(guò)紅外傳感器感受盲人位置、通過(guò)HX711稱(chēng)重模塊獲取衣物重量、通過(guò)伺服舵機(jī)控制洗衣機(jī)的動(dòng)作，同時(shí)由蜂鳴器和DY-SV5W語(yǔ)音播報(bào)模塊提示盲人的操作和洗衣機(jī)的狀態(tài)。該系統(tǒng)調(diào)試通過(guò)并能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

【Abstract】This paper mainly introduces the system design of blind washing machine with STC89C52 single chip microcomputer as the main control chip. According to the feature that blind mainly rely on hearing in daily actions， the LD2330 speech recognition module is used to let blind people operate the washing machine， and the position of blind is felt through the infrared sensor， the weight of clothes is obtained through the HX711 weighing module， and the movement of washing machine is controlled through the servo steering machine. At the same time， the buzzer and DY-SV5W voice broadcast module prompt the operation of the blind and the state of the washing machine. The system is debugged and can run stably.

【關(guān)鍵詞】盲人專(zhuān)用洗衣機(jī);語(yǔ)音識(shí)別;語(yǔ)音播報(bào);稱(chēng)重模塊

【Keywords】special washing machine for the blind; voice recognition; voice broadcast; weighing module

【中圖分類(lèi)號(hào)】TM925.33 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2021）07-0187-02

1 引言

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，目前中國(guó)殘疾人口大約8600百萬(wàn)，其中盲人患者逾1700萬(wàn)，占比約20%。此外，雙眼低視力患者已達(dá)1200萬(wàn)[1]。對(duì)于具有視力缺陷的人來(lái)說(shuō)，患病給他們的生活帶來(lái)了極大的不便。但遺憾的是，并不是所有的盲人和雙眼低視力患者都有專(zhuān)人照顧，很大一部分還是自己生活，這類(lèi)人群在普通的衣食住行方面都與常人有著不一樣的困難。論文旨在解決盲人使用洗衣機(jī)的痛點(diǎn)的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)讓年輕人的洗衣生活更加時(shí)尚輕松的目的。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)方案框圖

盲人專(zhuān)用洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)總體框圖如圖1所示，該設(shè)計(jì)主要由STC89C52型號(hào)的控制芯片、LD2330語(yǔ)音識(shí)別模塊、舵機(jī)、DY-SV5W語(yǔ)音播報(bào)模塊、有源式蜂鳴器、HX711稱(chēng)重模塊、按鍵控制、電路以及紅外傳感器等9個(gè)部分組成。此外，如若不是盲人使用的情況，可通過(guò)按鍵來(lái)切換洗衣機(jī)的工作模式。整個(gè)系統(tǒng)由變壓器降電壓電路供電，以LM2596DCDC芯片進(jìn)行穩(wěn)壓5V供電。

2.2 系統(tǒng)功能描述

盲人模式中語(yǔ)音識(shí)別模塊識(shí)別盲人語(yǔ)音指令，將信息傳入給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)蜂鳴器引導(dǎo)盲人洗衣機(jī)的位置并且通過(guò)語(yǔ)音播報(bào)模塊對(duì)盲人進(jìn)行操作提示，由人體紅外感知盲人位置，由伺服舵機(jī)控制洗衣機(jī)蓋和洗滌物的投放。通過(guò)表1，我們可以詳細(xì)地了解整個(gè)系統(tǒng)的主要功能。

2.3 系統(tǒng)工作流程

整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作流程如下，盲人說(shuō)出：“啟動(dòng)洗衣機(jī)”，洗衣機(jī)被喚醒，發(fā)出：“滴滴滴……”的提示音提示盲人找到洗衣機(jī)的位置。盲人走到洗衣機(jī)前，洗衣機(jī)下方的紅外傳感器檢測(cè)到盲人到達(dá)，自動(dòng)打開(kāi)洗衣機(jī)蓋，同時(shí)發(fā)出提示音：“請(qǐng)投放衣物，滴滴滴……”提示盲人已到達(dá)，并投放衣物。盲人投放衣物后，洗衣機(jī)內(nèi)部的壓力傳感器檢測(cè)到衣物投入，停止“滴滴滴……”提示音，以時(shí)間間隔的詢問(wèn)提示：“是否開(kāi)始洗衣”來(lái)判斷衣物是否投放完成并在盲人的“開(kāi)始”語(yǔ)音指令下達(dá)后啟動(dòng)洗衣機(jī)工作。啟動(dòng)洗衣機(jī)后，洗衣機(jī)關(guān)閉機(jī)蓋，然后根據(jù)內(nèi)部的壓力傳感器的檢測(cè)情況先投放相應(yīng)的洗衣液量，再完成進(jìn)水、洗滌、脫水的傳統(tǒng)洗衣工作。洗衣機(jī)完成洗滌工作后，立即間隔時(shí)間重復(fù)播報(bào)“洗衣完成”的提示音，直至盲人發(fā)出“取衣”的語(yǔ)音指令，然后再發(fā)出“滴滴滴……”的提示音提示盲人找到洗衣機(jī)。盲人到達(dá)洗衣機(jī)前，洗衣機(jī)同樣根據(jù)紅外傳感器的檢測(cè)打開(kāi)洗衣機(jī)蓋并提示“請(qǐng)取衣”。盲人取出衣物以后且離開(kāi)一定距離后，洗衣機(jī)根據(jù)內(nèi)部壓力傳感器和紅外傳感器的檢測(cè)，發(fā)出提示音“關(guān)閉洗衣機(jī)”并關(guān)閉洗衣機(jī)蓋進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

3 主要電路原理

3.1 LD2330語(yǔ)音識(shí)別電路

LD2330芯片是一款專(zhuān)用于“語(yǔ)音識(shí)別”的芯片。該芯片由語(yǔ)音識(shí)別處理器及外部電路，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、麥克風(fēng)接口、聲音輸出接口等部分組成。該芯片通過(guò)直接集成在現(xiàn)有的產(chǎn)品中來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別、聲控、人機(jī)對(duì)話等多種功能，并且這個(gè)過(guò)程不需要外接任何的輔助芯片。此外，識(shí)別的關(guān)鍵詞語(yǔ)列表可進(jìn)行任意的動(dòng)態(tài)編輯[2]。

3.2 DY-SV5W語(yǔ)音播報(bào)電路

本設(shè)計(jì)選用的語(yǔ)言模塊為DY-SV5W。它功能強(qiáng)大，具有IO分段觸發(fā)、單總線串口控制，UART串口控制、標(biāo)準(zhǔn)MP3等多種可選擇的工作模式。在IO組合模式下，系統(tǒng)可播放255段語(yǔ)音，信噪比支持85dB，可控制播放、暫停、選曲、音量加減等功能[3]。該模塊是D類(lèi)功放模塊，正常工作時(shí)功率5W，可直接驅(qū)動(dòng)4Ω的電阻，功率為3～5W的喇叭。此外，該模塊可應(yīng)用于MP3、WAV等解碼格式，存儲(chǔ)量大，最多可存儲(chǔ)支持32GTF。當(dāng)我們需要更新TF卡中的音頻文件時(shí)，只需直接通過(guò)USB進(jìn)行連接即可實(shí)現(xiàn)這一需求。在使用該模塊時(shí)，只需將所需音頻拷貝到TF卡中，按照不同的模式輸入不同的指令即可播放相應(yīng)的語(yǔ)音。該模塊具有多種優(yōu)質(zhì)功能并且具有充足的存儲(chǔ)空間，再加之使用方便等特點(diǎn)，是運(yùn)用于論文設(shè)計(jì)語(yǔ)音播報(bào)這部分的較好選擇。

3.3 HX711稱(chēng)重模塊

由于STC89C52RC上沒(méi)有內(nèi)部集成ADC，所以采用HX711芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)稱(chēng)重功能。HX711為24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片，具有高精度測(cè)量壓力的顯著優(yōu)勢(shì)。該芯片與單片機(jī)的接口電路比較簡(jiǎn)單，所有控制信號(hào)均只需管腳來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，因此程序編寫(xiě)也相對(duì)簡(jiǎn)單。對(duì)于輸入選擇開(kāi)關(guān)，可任意選取A通道或B通道與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。通道A的可編程增益為64或128，分別有±40mV或±20mV的滿額度差分輸入信號(hào)的電壓值;通道B用以參數(shù)檢測(cè)并只有32的固定增益。HX711內(nèi)部提供一個(gè)穩(wěn)壓電源，就能夠直接給外部的傳感器及芯片內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器帶來(lái)一個(gè)電源，在系統(tǒng)板上也無(wú)需再添加其他的模擬電壓。此外，芯片中的時(shí)鐘振蕩器并沒(méi)有其他外接元件[4]。

4 軟件流程圖及說(shuō)明

圖2為總程序流程圖，開(kāi)機(jī)系統(tǒng)初始化各個(gè)模塊，之后首先判斷是模式控制。如若不是盲人模式則直接進(jìn)入普通模式，即不用進(jìn)行傳感器舵機(jī)等的執(zhí)行，反之是盲人模式就進(jìn)入循環(huán)，根據(jù)語(yǔ)音指令執(zhí)行對(duì)應(yīng)程序。

5 結(jié)論

本設(shè)計(jì)通過(guò)運(yùn)用STC89C52單片機(jī)為主控芯片，并搭載語(yǔ)音、伺服舵機(jī)、紅外檢測(cè)等多種模塊實(shí)現(xiàn)了盲人洗衣機(jī)的主要功能：當(dāng)接入電源后，系統(tǒng)判斷按鍵所給的工作模式，如果是盲人模式則進(jìn)入語(yǔ)音指令信號(hào)檢測(cè)中，反之正常進(jìn)行。在盲人模式下，通過(guò)盲人的控制語(yǔ)音對(duì)洗衣機(jī)發(fā)出對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音提示信息并執(zhí)行不同的動(dòng)作。主要表現(xiàn)為語(yǔ)音控制和流程提示、自動(dòng)打開(kāi)洗衣機(jī)蓋、自動(dòng)投放洗衣液等。

此系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮了盲人的實(shí)際行動(dòng)特點(diǎn)，結(jié)合語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)為盲人的生活提供了便利，減輕了其家庭的生活負(fù)擔(dān)，希望能對(duì)今后相關(guān)企業(yè)或機(jī)構(gòu)提供一定的參考意義。

【參考文獻(xiàn)】

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【3】一易電子.DY-SV5W 語(yǔ)音播放模塊 MP3播放器 觸發(fā)播放 串口控制播放[EB/OL].http：//www.eiemsun.com/c/9385.htm，2019-02-15.

【4】黃維洪，王勇，魏明強(qiáng).基于單片機(jī)的超低功耗壓力檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].儀器儀表用戶，2009，16（01）：36-37.