ARM單片機(jī)的語音識別在智能垃圾桶設(shè)計中應(yīng)用

西北民族大學(xué) 齊 彥

隨著人們生活水平日益提高，垃圾的排放量也在增加。我們都知道，垃圾是放錯位置的資源，為了實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，垃圾分類就成為當(dāng)下的一個重要課題。要想解決這一問題，可從兩方面著手：一是通過各種形式的宣傳和教育，提高人們對于垃圾分類的自覺意識；二是要從設(shè)施上著手，讓人們在投放垃圾時可以輕松并準(zhǔn)確無誤的將垃圾進(jìn)行分類投放。傳統(tǒng)的分類垃圾桶并不能很好的解決這一問題，為了可以在較短的時間內(nèi)解決這一問題，本次研究主要是從設(shè)施上入手，研發(fā)一款語音識別智能垃圾桶，只要說出垃圾的名稱，對應(yīng)的垃圾桶蓋將自動打開并語音提示所丟垃圾的種類，這樣便可以在源頭上解決垃圾分類問題。

隨著垃圾排放量增加，垃圾處理工作愈發(fā)艱難，在垃圾分類處理的過程中也暴露了諸多的問題，小的問題累加到一起就會出現(xiàn)難以解決的大問題。垃圾桶是垃圾處理的第一道程序，也是發(fā)生問題最多的所在。為此，我們對蘭州市垃圾桶進(jìn)行了調(diào)研，也對蘭州部分市民進(jìn)行了采訪。綜合調(diào)研采訪結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了諸多垃圾處理的問題，因而我們研發(fā)了一款語音識別智能垃圾桶，很好的解決了傳統(tǒng)垃圾桶的諸多不足之處，旨在從源頭上解決垃圾處理問題。

1 傳統(tǒng)垃圾桶的不足

（1）傳統(tǒng)意義上的垃圾桶是沒有垃圾分類這一概念的，所有的垃圾都丟進(jìn)一個垃圾桶是絕大多數(shù)人們的習(xí)慣。直到現(xiàn)在，雖然分類垃圾桶已經(jīng)出現(xiàn)，但是傳統(tǒng)的垃圾桶依然存在特別是在農(nóng)村地區(qū)。經(jīng)調(diào)查，原因主要是農(nóng)村里大多數(shù)都是老年人，文化水平普遍不高，他們很難準(zhǔn)確判斷垃圾的種類，所以即使有分類垃圾桶，依然不能解決垃圾分類問題。

（2）傳統(tǒng)的分類垃圾桶，雖然也有多個桶用來分別裝不同種類的垃圾，但是由于各種原因，人們很少會將垃圾放入指定的垃圾桶內(nèi)。在快節(jié)奏的城市生活中，人們不愿意花時間在區(qū)分垃圾的種類上，所以無論是什么垃圾都丟到了距離自己最近的垃圾桶內(nèi)。有的人或許有垃圾分類的意識，但是可能對自己要丟的垃圾的種類并不清楚，不得已只好隨便丟。所以，雖然垃圾桶已經(jīng)發(fā)展進(jìn)步，但是依然無法解決垃圾分類問題，這樣將給垃圾處理帶來困難。

（3）當(dāng)下垃圾桶的種類很多，但是很多垃圾桶是沒有蓋子的，某些傳統(tǒng)的分類垃圾桶也不例外。很多垃圾帶有強(qiáng)烈的刺激性氣味，時間放久了也會有異味。如果垃圾桶沒有蓋子，這些異味將會對空氣造成污染。有些垃圾桶雖帶有蓋子，但是由于垃圾桶長時間存放垃圾，垃圾桶蓋子上也附著有大量的細(xì)菌。當(dāng)人們打開蓋子丟垃圾，有可能會沾染細(xì)菌導(dǎo)致生病。

（4）傳統(tǒng)的垃圾桶多數(shù)是帶有蓋子的，而且絕大多數(shù)垃圾桶是不透明的，這樣工作人員很難判斷垃圾桶內(nèi)的垃圾是否已滿需要處理。所以，大多數(shù)場所的工作人員是按照固定時間來清理垃圾桶內(nèi)的垃圾的，這樣將會導(dǎo)致工作人員在規(guī)定時間處理垃圾時，有的垃圾桶內(nèi)垃圾很少不用處理，有的垃圾桶內(nèi)垃圾已滿甚至溢出，已經(jīng)對環(huán)境造成了污染，這樣導(dǎo)致工作人員很難高效的對已滿的垃圾桶進(jìn)行處理。

2 智能語音識別垃圾桶的特點(diǎn)

（1）我們研發(fā)的語音識別智能垃圾桶在傳統(tǒng)的分類垃圾桶的基礎(chǔ)上增加了語音識別功能，當(dāng)我們對垃圾桶說出所丟垃圾的名稱時，垃圾桶會根據(jù)垃圾的名稱自動判斷出垃圾的種類，然后將對應(yīng)的垃圾桶的蓋子打開供我們丟垃圾，這樣就很好地解決了垃圾分類問題。這款語音識別智能垃圾桶適用于各種場合，適用于不同的人群，即使不知道垃圾的種類也不會將垃圾丟錯，這樣就方便了工作人員對垃圾進(jìn)行分類處理，同時也可以在源頭上解決垃圾分類問題。

（2）這款語音識別智能垃圾桶還添加了語音播報功能，在識別出我們所丟垃圾的種類后，還會自動播報一條語音提示，來告訴我們所丟垃圾的種類。這種設(shè)計不但給我們科普了垃圾種類的知識，而且實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對話，十分親民。

（3）這款語音識別智能垃圾桶在識別出垃圾的種類后會自動打開對應(yīng)垃圾桶的蓋子，當(dāng)垃圾丟進(jìn)垃圾桶以后垃圾桶的蓋子會自動關(guān)閉，防止垃圾桶內(nèi)的異味擴(kuò)散到空氣中。在丟垃圾的過程中全程不需要接觸垃圾桶，這樣垃圾桶上附著的細(xì)菌就無法沾染到人身上，間接保護(hù)了人體。

（4）這款語音識別智能垃圾桶還有自動檢測功能，可以檢測到垃圾桶內(nèi)的垃圾是否已滿。如果檢測到垃圾桶內(nèi)垃圾已滿，在垃圾桶上裝有的垃圾已滿指示燈將會亮起來；此時，再識別到垃圾后，垃圾桶的蓋子將不會打開，直到工作人員將垃圾桶內(nèi)垃圾處理完才能正常使用，這樣方便了工作人員觀察垃圾內(nèi)的垃圾是否已滿，提高了工作人員的工作效率。

3 智能語音識別垃圾桶設(shè)計框圖（如圖1所示）

4 硬件設(shè)計

4.1 ARM單片機(jī)

ARM單片機(jī)采用了新型的32位ARM核處理器，使其在指令系統(tǒng)、總線結(jié)構(gòu)、調(diào)試技術(shù)、功耗以及性價比等方面都超過了傳統(tǒng)的51系列單片機(jī)；同時，ARM單片機(jī)在芯片內(nèi)部集成了大量的片內(nèi)外設(shè)，所以功能和可靠性都大大提高。

圖1 智能語音識別垃圾桶設(shè)計框圖

ARM單片機(jī)具有統(tǒng)一和固定長度的指令域，使指令集和指令譯碼都大大簡化。其具有一個大而統(tǒng)一的寄存器文件，大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成，使指令執(zhí)行速度更快。用加載/存儲結(jié)構(gòu)，使數(shù)據(jù)處理時只對寄存器操作而不直接對存儲器操作，尋址方式簡單而靈活，所有加載/存儲的地址都只由寄存器的內(nèi)容和指令域決定，執(zhí)行效率高。每一條數(shù)據(jù)處理指令都對算術(shù)邏輯單元和移位寄存器進(jìn)行控制，以最大限度的提高算術(shù)邏輯單元和移位寄存器的利用率。采用自動增減地址的尋址方式，有利于優(yōu)化循環(huán)程序的執(zhí)行；引入多寄存器加載/存儲指令，有利于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)吞吐量的最大化。

4.2 REC-V2語音識別模塊

REC-V2語音識別模塊采用非特定人（SI）的語音識別技術(shù)，對識別聲音沒有特殊要求，可以識別中文普通話、地方方言、外語等。本模塊具有顯著的抗噪性能，在30dB以下基本上能夠完全識別；在30dB到50dB的較吵的環(huán)境中，也能保持90%以上的識別率。

板載FLASH存儲器，無需SD/TF卡即可完成語音識別。語音應(yīng)答設(shè)計，可擴(kuò)展2GB TF卡，可以任意增加或者修改提示音，提示音可以為短語、歌曲以及各種聲音等，可做一問一答的語音應(yīng)答。所有語音均可由IDE軟件迅速下載，具備很好的實(shí)時性，在語音結(jié)束0.5s內(nèi)即可得到識別答案。

4.3 光電開關(guān)模塊

光電開關(guān)是傳感器的一種，它把發(fā)射端和接收端之間光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化以達(dá)到探測的目的。由于光電開關(guān)輸出回路和輸入回路是電隔離的（即電絕緣），所以它可以在許多場合得到應(yīng)用。采用集成電路技術(shù)和SMT表面安裝工藝而制造的新一代光電開關(guān)器件，具有延時、展寬、外同步、抗相互干擾、可靠性高、工作區(qū)域穩(wěn)定和自診斷等智能化功能。

4.4 舵機(jī)

舵機(jī)是一種位置（角度）伺服的驅(qū)動器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)，在高檔遙控玩具（如飛機(jī)、潛艇模型、遙控機(jī)器人等）中已經(jīng)得到了普遍應(yīng)用。舵機(jī)的控制信號實(shí)際上是一個脈沖寬度調(diào)制信號（PWM信號），該信號可由FP-GA器件、模擬電路或單片機(jī)產(chǎn)生。比如：人形機(jī)器人的手臂和腿，車模和航模的方向控制等。

5 智能語音識別垃圾桶設(shè)計流程圖（如圖2所示）

圖2 智能語音識別垃圾桶設(shè)計流程圖

結(jié)束語：垃圾的處理問題一直都是一個難題，作為垃圾處理的第一道程序，垃圾桶的設(shè)計也是一個重要的課題。垃圾桶一直在更新?lián)Q代，更加智能化更加人性化的設(shè)計對于垃圾桶來說是一個永恒的話題。本文的語音智能垃圾桶設(shè)計，只是在垃圾桶智能化道路上的一次探索，期待更加智能化的產(chǎn)品推出、普及。