引言

隨著人們生活起居水平的提高、社會的發(fā)展和經(jīng)濟水平的不斷提升,人們對生活的要求更趨于個性化、定制化、自動化,對生活的便捷及樂趣有了更高的要求。在平時生活中,扔垃圾是再簡單不過的一件事情,但也會給人們帶來不必要的麻煩。比如,吃東西的時候不想走動,但也不想放一個垃圾桶在身邊。為解決這樣的問題,此項目設(shè)計了一款能用語音控制、自動尋跡的垃圾桶。該設(shè)計的主控系統(tǒng)采用STM32單片機,能夠識別特定的語音指令,將語音信息轉(zhuǎn)換為電信號給主控系統(tǒng)進行處理,主控系統(tǒng)在處理語音信息的基礎(chǔ)上,判斷在哪個位置有人需要,不再需要人們特意走動到垃圾桶邊去扔垃圾。

1總體設(shè)計

此項目所設(shè)計的智能語音控制的垃圾桶,是采用Ys-V0.7語音識別模塊來識別特定的語音指令,經(jīng)STM32控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理做出判斷,再通過尋跡系統(tǒng)去到指定的位置。在尋跡的過程中,用16位的數(shù)字陀螺儀檢測記錄位置,對走過的軌跡做虛擬標記,再對虛擬標記進行數(shù)據(jù)處理,形成一個記憶系統(tǒng),使接下來的尋跡判斷更加靈敏,如圖1所示。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1STM32F10X主控系統(tǒng)

STM32是sT公司設(shè)計的一款常用的增強型系列微控制器,STM32F20x系列產(chǎn)品屬于中低端的32位基于ARM系統(tǒng)的微控制器,其內(nèi)核是Cortex-M3,常用于微控制、電機驅(qū)動、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)等方面。

2.2MPU6050六軸陀螺儀

在尋跡計算運動軌跡的過程中,判斷左右移動的位移量,我們采用現(xiàn)在市場上最常用的六軸數(shù)字陀螺儀[2]MPU6050模塊,此模塊集成有三軸陀螺儀、三軸加速度計,通信方式為常用的IIC通信協(xié)議,芯片內(nèi)置16位的AD轉(zhuǎn)換器和16位數(shù)據(jù)輸出,在精度上完全能夠達到要求,并且降低了算法復(fù)雜度。

2.3YS-V027語音識別模塊

語音識別模塊的主控芯片采用的是LD3320,是常見的"語音識別"專用模塊,內(nèi)部集成語音識別處理器外加部分外圍電路,如語音輸出接口、串口接口電路,不用再外接其他的輔助電路,可直接應(yīng)用在產(chǎn)品當(dāng)中,即能完成特定語音指令識別功能。

2.4電機驅(qū)動與尋跡模塊

電機驅(qū)動模塊部分采用L298N芯片,這款芯片常作電機驅(qū)動專用,專門驅(qū)動一些小功率電機。在電路設(shè)計中,為了提高電機的驅(qū)動能力[2],特別采用三個驅(qū)動模塊單獨驅(qū)動電機。

對于尋跡模塊,本設(shè)計采用的是電渦流位移傳感器。電渦流位移傳感器不受環(huán)境的影響,適應(yīng)能力強,抗干擾性能好,適用于各種復(fù)雜的場所,這就使得電渦流式位移傳感器更適合工作在一些光線暗、磁場強的場所。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

此系統(tǒng)軟件流程如圖2所示,主要包括系統(tǒng)初始化、語音信息采集、中斷函數(shù)等,中斷函數(shù)中調(diào)用陀螺儀數(shù)據(jù)采集函數(shù)與PID調(diào)節(jié)函數(shù)。

3.1系統(tǒng)初始化

系統(tǒng)初始化是對主控芯片的IO口以及中斷控制器和串口通信接口進行配置,還有對尋跡模塊進行初始化設(shè)置。主要作用是完成模塊化,使程序運行更加優(yōu)越。

3.2語音信息采集

語音信息采集算法實現(xiàn)包括兩部分:一部分是語音信號的采集與處理,用來識別特定的語音指令:另一部分是將處理過的數(shù)字信號傳輸給控制系統(tǒng),實現(xiàn)串口傳輸。兩部分程序的作用是實現(xiàn)語音信號的識別處理以及傳輸,以此完成語音對整個系統(tǒng)的控制。

3.3PID控制

PID控制算法是應(yīng)用最廣泛的算法之一,常用于自動化控制領(lǐng)域,在眾多控制算法中,PID控制算法是最簡單、最能說明反饋思想的控制算法。在此項目中只用到了比例環(huán)節(jié),將采集到的實時數(shù)據(jù)與原記錄數(shù)據(jù)作比較,得到與原路徑的偏差,再去調(diào)整路徑。

4結(jié)語

此項目是以STM32嵌入式系統(tǒng)開發(fā)為基礎(chǔ),設(shè)計的一款智能語音控制垃圾桶,通過語音指令判斷出位置,結(jié)合陀螺儀記錄轉(zhuǎn)過的角度,用PID算法去控制電機運動,實現(xiàn)智能語音控制自動尋跡,告別了傳統(tǒng)垃圾桶的使用模式,不用來回走動,就可以解決扔垃圾的問題,由此減少了因為生活瑣事帶來的煩惱,使人們的生活質(zhì)量得到了提高。