基于語音識別的智能晾衣系統(tǒng)設(shè)計

李素梅 侯秀麗

（安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息與人工智能學(xué)院，安徽 蕪湖241002）

1 概述

晾衣系統(tǒng)是居家生活必不可少的一個用品。目前，人們使用的晾衣系統(tǒng)部分還是手動操作，費時費力。市場上有能夠遙控操作的智能晾衣架，但成本比純手動晾衣架高。近年來，對智能晾衣系統(tǒng)的研究有很多。陳玉青等[1]設(shè)計了可以定時晾曬的智能系統(tǒng)；傅麟杰等[2]將MCU 控制與藍牙、GSM 通信結(jié)合，提出了網(wǎng)絡(luò)化控制的智能系統(tǒng)。本文將MCU 控制與語言識別技術(shù)結(jié)合，提出具有語言識別能力的智能化晾衣系統(tǒng)。

2 晾衣系統(tǒng)

本晾衣系統(tǒng)的電路部分主要有單片機最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、人機交互、電機驅(qū)動、直流電源五部分構(gòu)成，系統(tǒng)的電路框圖如圖1 所示。數(shù)據(jù)采集部分負責實時采集環(huán)境參數(shù)中的溫度、濕度、光照強度,并將數(shù)據(jù)傳輸給單片機最小系統(tǒng)。單片機最小系統(tǒng)負責處理數(shù)據(jù)，輸出驅(qū)動信號，驅(qū)動步進電機正傳或者反轉(zhuǎn)，完成衣架伸縮。人機交互部分有2 個獨立按鍵，用于手動操控晾衣系統(tǒng)。語音識別是在人機交互式中增加的一個模式，用于更便捷的人為干預(yù)系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)電路框圖

2.1 單片機最小系統(tǒng)

本設(shè)計使用STC11 和22.1184M 石英晶振外部振蕩電路、復(fù)位電路構(gòu)成最小系統(tǒng)，作為系統(tǒng)的主控部分，其電路如圖2 所示。STC11 單片機是低功耗的新一代8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051，但速度快十倍左右。

2.2 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集包括溫濕度采集、光照強度采集電、雨滴采集，使用了溫濕度一體化數(shù)字傳感器、光敏電阻、雨滴傳感器。

溫濕度采集利用DHT11 實時采集溫濕度數(shù)據(jù)，并單總線傳輸給單片機。采用單線制串行接口，只需加適當?shù)纳侠娮?，信號傳輸距離可達20 米以上。

圖2 STC11LX08XE 單片機最小系統(tǒng)

光照強度采集使用體積小、反應(yīng)速度快、安全性能高、壽命長的光敏電阻5506，其暗電阻為0.2 兆歐，亮電阻為2-5 千歐。當光照強度大于一定數(shù)值時，電路輸出高電平，否則輸出低電平，且靈敏度可調(diào)。

雨滴傳感器采用高品質(zhì)FR-04 雙面材料，5.0*4.0CM 的超大面積,表面使用鍍鎳處理的感應(yīng)板。具有抗氧化、導(dǎo)電性及壽命方面更優(yōu)越的性能。當感應(yīng)板沒有雨滴時，電路輸出高電平，否則輸出低電平，靈敏度可調(diào)。

2.3 人機交互

人機交互包括獨立按鍵電路和語音識別兩個部分，其中獨立按鍵部分設(shè)置了3 個按鍵，2 個按鍵分別用于收衣、晾衣人工操作，第三個按鍵用于打開語音識別。

語音識別電路[3]由語音識別芯片LD3320 和外圍一些元件構(gòu)成，用于接收語音指令，其電路如圖3 所示。LD3320 是一款基于SI-ASR 技術(shù)的語音識別芯片，集成了一系列與其功能相關(guān)的外部電路，只需外接少量元件，就可實現(xiàn)語音識別，語音識別的準確率高達95%。

2.4 電機驅(qū)動

圖3 LD3320 語音識別電路

系統(tǒng)使用1 個減速直流電機[4]作為動力源，控制衣架伸縮，衣架伸縮停止控制使用兩個限位開關(guān)。由于單片機輸出的脈沖信號功率太小，不足以直接驅(qū)動電機，所以這里選用L298N 電機驅(qū)動模塊。L298N 具有驅(qū)動能力強，發(fā)熱量低，抗干擾能力強等特點，使用續(xù)流保護二極管、大容量濾波電容可提高其可靠性。該驅(qū)動芯片可以驅(qū)動2 路直流電機，其電路如圖4 所示。IN1和IN2 的邏輯組合控制電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，ENA、ENB 接PWM信號可以調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)動速度。

圖4 L298N 直流電機驅(qū)動電路

2.5 直流電源

系統(tǒng)各部分對電源需求如下：STC11LX08XE 需要5V 供電，各傳感器使用5V 供電，直流電機需要12V 供電，語音芯片需要3.3V 供電。電源模塊使用變壓器，橋式整流、電容濾波輸出12V直流電壓，再使用集成穩(wěn)壓得到5V 和3.3V 的直流電。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本設(shè)計的目的是在有人晾曬的情況下，通過語音控制晾衣架。在晾衣架系統(tǒng)接收到不同語音指令后能做出對應(yīng)動作。為了減少語音識別模塊的能量損耗，特設(shè)置一個按鍵用于打開語音識別。本系統(tǒng)的指令比較簡單，只需設(shè)置“打開晾衣架”和“關(guān)閉晾衣架”兩條指令。整個系統(tǒng)的工作模式分為自動和人機交互兩種工作模式，而人機交互工作模式下包含手動和語音。系統(tǒng)在完成初始化后，首先檢測語音識別是否開，如果語音打開，便進入語音交互工作模式，否則進入手動交互工作模式；而在系統(tǒng)初始化后，沒有檢測到按鍵輸入信號，那么系統(tǒng)會進入自動工作模式，在該工作模式下，系統(tǒng)會依次判斷傳感器采集到的數(shù)據(jù)是否合適，然后完成晾衣架的自動伸縮。系統(tǒng)流程圖如圖5 所示。

圖5 系統(tǒng)流程圖

4 結(jié)論

本文設(shè)計了一款能夠語音識別的智能化晾衣系統(tǒng)。當語音按鈕按下，即可通過語音控制系統(tǒng)，也可利用按鍵完成晾曬和收衣，而在無人時，系統(tǒng)還可自動感知環(huán)境參數(shù)，完成相應(yīng)工作。該設(shè)計使智能晾衣系統(tǒng)更便捷，能滿足人們對晾衣系統(tǒng)的不同需求。該系統(tǒng)進過驗證，運行穩(wěn)定，使用方便，而且成本低廉，具有較好的推廣價值。