基于语音识别的智能垃圾分类控制系统设计

基于语音识别的智能垃圾分类控制系统设计

高瑞翔 王淑娇

山东协和学院 山东济南 250107

摘要：随着“智慧城市”这一名词的提出，城市智能化设施越来越完善。本设计以STC89C52单片机为控制核心，采用LD3320语音识别芯片，设计了一款基于语音识别的智能垃圾分类控制系统，能够实现垃圾桶的智能化、语音化管理。方便快捷地帮助人们识别垃圾种类，并实现非接触式投放。

关键词：语音识别；智能垃圾桶；垃圾分类

1 引言

2019年，我国环境监管部门提出垃圾分类政策，并在上海市开始了垃圾分类处理，之后北京、天津、杭州等各个城市相继开展垃圾分类管理活动。目前在我国城市街道上的分类垃圾桶大部分只是贴有标签的普通垃圾桶，需要人为去识别垃圾种类，这种分类桶缺乏自控能力，再加上我国对垃圾分类宣传力度不够，可回收垃圾的种类是很多人的盲区，使其分类并没有达到想要的结果。针对垃圾分类问题，本设计利用STC89C52RC单片机作为系统控制核心，采用由ICRoute公司生产的非特定语音识别芯片LD3320和非特定语音识别算法对语音命令进行识别，完成远距离非接触式智能开关盖、语音播报和系统状态指示功能。

2 系统整体方案

基于语音识别的智能垃圾分类控制系统设计要求实现对使用者发出的语音指令完成识别、垃圾桶自动开盖、语音播报垃圾种类、显示系统状态、垃圾桶延迟数秒后自动关盖的功能。为实现目标功能本系统共分为9部分，分别为电源模块、语音识别模块、舵机驱动模块、语音播报模块、单片机主控模块、复位电路、晶振电路、按键电路和状态指示电路。

3 系统硬件设计

3.1 主控制模块

本设计以宏晶公司研制的STC89C52RC单片机为控制器。STC89C52RC内部增设了存储器，成本低，开发空间大，能够嵌入到系统中使用，方便灵活。电源电压稳定，可支持2.7至6V电压，本设计采用5V供电。由于本设计是基于语音识别的智能垃圾分类控制系统，最终需要安装在垃圾桶上，为避免工作人员与垃圾桶直接接触干净卫生，设计复位电路为上电复位电路，采用单晶振同步，单片机工作频率为11.0592MH，为提高精准度，防止在传输信号中造成的时间差，在硬件布局时将晶振尽可能靠近单片机。

3.2 语音识别模块

本设计采用LD3320语音识别模块对用户说出垃圾名称进行识别，其最大优势则是：非特定的人工语音识别功能，可对关键字列表实施编辑处理，提供优化方案，并精确了各种通道设计，识别精准性较高。自由编辑关键字可以达到50个。

LD3320语音识别模块首先将MIC输入信号转化为频谱数据，并提取信号细微特征，找到关键字去比对；再结合列表关键字进行逐一比对，从而得到结果然后与内置数据库关键词进行比对识别出语言信息。

3.3 语音播报模块

本设计选择WT588D语音芯片反馈垃圾对应种类。WT588D的I/O口较多，且定价比较合理，能够实现多次烧录。整个操作比较简单，容易上手。该芯片中融合语音识别和语音编辑功能，内部增加了FLASH存储器，也可设计成为FLASH单片机，它是常见的语音芯片，进一步分析看，在WT588D模块也包含了FLASH存储器和电路结构，通过外部控制设备、电源等就可启动。

3.4 舵机驱动模块

使用了4台舵机用来控制垃圾桶的开合。舵机是一种位置伺服驱动器，适用于控制角度变化的设备。舵机输入信号是单片机产生的PWM信号，通过不同的占空比控制舵机的旋转角度及方向。

3.5 状态指示电路

为方便观察系统的工作状态，设计了LED指示灯电路，当垃圾桶打开时指示灯点亮，关闭时则熄灭。状态指示电路由四个LED指示灯组成，四个LED指示灯分别对应可回收物、有害垃圾、厨余垃圾、其他垃圾。

3.6 按键电路

本系统设计有4个6*6*4.3MM微动开关按键。这4个按键分别是：K1开/关有害垃圾桶按键，K2开/关厨余垃圾桶按键，K3开/关其他垃圾桶按键，K4开/关可回收垃圾桶按键。按下按键对应的垃圾桶开盖，再按一下垃圾桶关盖。

3.7 整体电路

本设计以STC89C52RC单片机为主控制器，LD3320语音识别模块，WT588D语音播报模块，舵机等模块协同工作，系统利用定时循环检测是否有语音输入实现语音识别的智能垃圾分类控制系统。整体硬件电路如图2所示。

图2 整体硬件电路

4 功能测试

接通电源后打开开关，系统响应语音提示“欢迎使用分类垃圾桶”，对硬件发送“垃圾桶”指令后，系统响应提示“您好”，按照二级语音指令中关键词进行测试，系统给出响应。例如说出“易拉罐”，系统响应“可回收物”，延迟数秒后播报“感谢您的配合”同时关闭垃圾桶盖。本次测试选择室内和室外两种环境，每种环境下由三个非特定人测试9个语句，每句测试10遍，最终算出识别率。语音指令实际测试识别效果数据表如表1所示。最后测试按键按下后是否有响应。经测试系统能够完美地实现设计的全部目标。

表1 语音指令实际测试识别效果数据表

5 总结

本次设计的智能垃圾分类控制系统主要由语音识别模块、舵机驱动模块和语音播报模块等部分组成。实现了语音识别，舵机控制，语音播报，状态指示4项功能。在这个各国注重垃圾分类、人们追求更高的生活质量、环保意识的不断提高的今天。语音识别的智能垃圾分类控制系统顺应社会发展的趋势，具有很强的应用性。

参考文献

1. 鲍中山,孟玲霞,曾凡浩.智能分类垃圾箱设计[J].高校实验室科学技术,2019(4):136-138.

2. 何侃,田亚清,李强等．基于LD3320的语音识别智能垃圾箱设计[J]．国外电子测量技术,2019(6):85-88．

3. 李鑫,江世明.基于STC89C52RC单片机的时间控制系统[J].电子世界,2017(17):1-2.