盲人專用洗衣機的研究與設(shè)計

蔡順燕 藺軍 楊金蓮

【摘 ?要】論文主要介紹了基于STC89C52單片機為主控芯片的盲人專用洗衣機的系統(tǒng)設(shè)計。根據(jù)盲人在日常行動上主要依靠聽覺這一特點，使用LD2330語音識別模塊讓盲人對洗衣機進行操作，并通過紅外傳感器感受盲人位置、通過HX711稱重模塊獲取衣物重量、通過伺服舵機控制洗衣機的動作，同時由蜂鳴器和DY-SV5W語音播報模塊提示盲人的操作和洗衣機的狀態(tài)。該系統(tǒng)調(diào)試通過并能夠穩(wěn)定運行。

【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】盲人專用洗衣機;語音識別;語音播報;稱重模塊

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

【中圖分類號】TM925.33 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2021）07-0187-02

1 引言

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，目前中國殘疾人口大約8600百萬，其中盲人患者逾1700萬，占比約20%。此外，雙眼低視力患者已達1200萬[1]。對于具有視力缺陷的人來說，患病給他們的生活帶來了極大的不便。但遺憾的是，并不是所有的盲人和雙眼低視力患者都有專人照顧，很大一部分還是自己生活，這類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的痛點的同時，也實現(xiàn)讓年輕人的洗衣生活更加時尚輕松的目的。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

2.1 系統(tǒng)方案框圖

盲人專用洗衣機的設(shè)計總體框圖如圖1所示，該設(shè)計主要由STC89C52型號的控制芯片、LD2330語音識別模塊、舵機、DY-SV5W語音播報模塊、有源式蜂鳴器、HX711稱重模塊、按鍵控制、電路以及紅外傳感器等9個部分組成。此外，如若不是盲人使用的情況，可通過按鍵來切換洗衣機的工作模式。整個系統(tǒng)由變壓器降電壓電路供電，以LM2596DCDC芯片進行穩(wěn)壓5V供電。

2.2 系統(tǒng)功能描述

盲人模式中語音識別模塊識別盲人語音指令，將信息傳入給單片機，單片機通過蜂鳴器引導(dǎo)盲人洗衣機的位置并且通過語音播報模塊對盲人進行操作提示，由人體紅外感知盲人位置，由伺服舵機控制洗衣機蓋和洗滌物的投放。通過表1，我們可以詳細地了解整個系統(tǒng)的主要功能。

2.3 系統(tǒng)工作流程

整個系統(tǒng)設(shè)計工作流程如下，盲人說出：“啟動洗衣機”，洗衣機被喚醒，發(fā)出：“滴滴滴……”的提示音提示盲人找到洗衣機的位置。盲人走到洗衣機前，洗衣機下方的紅外傳感器檢測到盲人到達，自動打開洗衣機蓋，同時發(fā)出提示音：“請投放衣物，滴滴滴……”提示盲人已到達，并投放衣物。盲人投放衣物后，洗衣機內(nèi)部的壓力傳感器檢測到衣物投入，停止“滴滴滴……”提示音，以時間間隔的詢問提示：“是否開始洗衣”來判斷衣物是否投放完成并在盲人的“開始”語音指令下達后啟動洗衣機工作。啟動洗衣機后，洗衣機關(guān)閉機蓋，然后根據(jù)內(nèi)部的壓力傳感器的檢測情況先投放相應(yīng)的洗衣液量，再完成進水、洗滌、脫水的傳統(tǒng)洗衣工作。洗衣機完成洗滌工作后，立即間隔時間重復(fù)播報“洗衣完成”的提示音，直至盲人發(fā)出“取衣”的語音指令，然后再發(fā)出“滴滴滴……”的提示音提示盲人找到洗衣機。盲人到達洗衣機前，洗衣機同樣根據(jù)紅外傳感器的檢測打開洗衣機蓋并提示“請取衣”。盲人取出衣物以后且離開一定距離后，洗衣機根據(jù)內(nèi)部壓力傳感器和紅外傳感器的檢測，發(fā)出提示音“關(guān)閉洗衣機”并關(guān)閉洗衣機蓋進入待機狀態(tài)。

3 主要電路原理

3.1 LD2330語音識別電路

LD2330芯片是一款專用于“語音識別”的芯片。該芯片由語音識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。該芯片通過直接集成在現(xiàn)有的產(chǎn)品中來進一步實現(xiàn)語音識別、聲控、人機對話等多種功能，并且這個過程不需要外接任何的輔助芯片。此外，識別的關(guān)鍵詞語列表可進行任意的動態(tài)編輯[2]。

3.2 DY-SV5W語音播報電路

本設(shè)計選用的語言模塊為DY-SV5W。它功能強大，具有IO分段觸發(fā)、單總線串口控制，UART串口控制、標準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類功放模塊，正常工作時功率5W，可直接驅(qū)動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，存儲量大，最多可存儲支持32GTF。當我們需要更新TF卡中的音頻文件時，只需直接通過USB進行連接即可實現(xiàn)這一需求。在使用該模塊時，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)的語音。該模塊具有多種優(yōu)質(zhì)功能并且具有充足的存儲空間，再加之使用方便等特點，是運用于論文設(shè)計語音播報這部分的較好選擇。

3.3 HX711稱重模塊

由于STC89C52RC上沒有內(nèi)部集成ADC，所以采用HX711芯片來實現(xiàn)稱重功能。HX711為24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片，具有高精度測量壓力的顯著優(yōu)勢。該芯片與單片機的接口電路比較簡單，所有控制信號均只需管腳來實現(xiàn)驅(qū)動，因此程序編寫也相對簡單。對于輸入選擇開關(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的電壓值;通道B用以參數(shù)檢測并只有32的固定增益。HX711內(nèi)部提供一個穩(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)換器帶來一個電源，在系統(tǒng)板上也無需再添加其他的模擬電壓。此外，芯片中的時鐘振蕩器并沒有其他外接元件[4]。

4 軟件流程圖及說明

圖2為總程序流程圖，開機系統(tǒng)初始化各個模塊，之后首先判斷是模式控制。如若不是盲人模式則直接進入普通模式，即不用進行傳感器舵機等的執(zhí)行，反之是盲人模式就進入循環(huán)，根據(jù)語音指令執(zhí)行對應(yīng)程序。

5 結(jié)論

本設(shè)計通過運用STC89C52單片機為主控芯片，并搭載語音、伺服舵機、紅外檢測等多種模塊實現(xiàn)了盲人洗衣機的主要功能：當接入電源后，系統(tǒng)判斷按鍵所給的工作模式，如果是盲人模式則進入語音指令信號檢測中，反之正常進行。在盲人模式下，通過盲人的控制語音對洗衣機發(fā)出對應(yīng)的語音提示信息并執(zhí)行不同的動作。主要表現(xiàn)為語音控制和流程提示、自動打開洗衣機蓋、自動投放洗衣液等。

此系統(tǒng)設(shè)計考慮了盲人的實際行動特點，結(jié)合語音識別技術(shù)為盲人的生活提供了便利，減輕了其家庭的生活負擔(dān)，希望能對今后相關(guān)企業(yè)或機構(gòu)提供一定的參考意義。

【參考文獻】

【1】杜宇崧，袁嘯宇，馬雪嬌.基于多傳感器融合技術(shù)的智能導(dǎo)盲杖的設(shè)計[J].電子制作，2021（07）：80-81+19.

【2】盛振濤，顏鏗洋.基于語音識別的智能家居助手設(shè)計與制作[J].數(shù)碼世界，2019（08）：134.

【3】一易電子.DY-SV5W 語音播放模塊 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.基于單片機的超低功耗壓力檢測控制系統(tǒng)設(shè)計[J].儀器儀表用戶，2009，16（01）：36-37.