盲人專(zhuān)用洗衣機(jī)的研究與設(shè)計(jì)

　　【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。

　　本文源自蔡順燕; 藺軍; 楊金蓮， 中小企業(yè)管理與科技(中旬刊) 發(fā)表時(shí)間：2021-06-25

　　【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

　　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(xún)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(huà)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(mǎn)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。