ARM家用智能垃圾桶的設計方案探究

隨著人們生活水品的不斷提高，在人們購買各種家具或家電時越來越重視其智能化和人性化。人們在生活中產(chǎn)生的生活垃圾都需用垃 圾桶放置，考慮到老人、孕婦或者殘疾人，放置垃圾時存在的不便、費時、費力等問題。設計針對這些問題，提出了具有語音識別功能的智能垃圾桶設計方案，當用 戶想要扔垃圾時，只要一聲令下，垃圾桶就會快速準確地來到你身邊。
　　1 系統(tǒng)硬件設計
　　系統(tǒng)硬件包括垃圾桶車體機械結(jié)構(gòu)和硬件控制電路兩個部分。其中車體機械結(jié)構(gòu)為一部三輪小車車體，能按照在不同地點處用戶發(fā)出的聲音指令，自動行駛到用戶所在 地。系統(tǒng)硬件電路總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，包括電源模塊、ARM最小系統(tǒng)、聲源定位模塊、語音識別模塊、避障模塊和電機驅(qū)動模塊。
　　
　　工作原理：首先通過語音識別模塊識別出用戶的呼叫命令，同時通過聲源定位模塊判斷用戶所處位置，再通過ARM產(chǎn)生驅(qū)動電機的PWM信號，利用電機驅(qū)動模塊 驅(qū)動垃圾桶向聲源方向行駛，并在行進過程中，利用避障模塊自行避開障礙物。同時，該設計還支持用戶對垃圾桶前、后、左、右行駛或打開、關(guān)閉垃圾桶蓋等語音 控制。
　　1.1 電源模塊
　　系統(tǒng)所有模塊和控制器都需要+5 V的工作電壓，采用鋰電池進行供電，并用LM2576S-5穩(wěn)壓芯片將電壓穩(wěn)定在+5 V，然后通過穩(wěn)壓源LM1117-33和LM1117-18為S3C6410芯片3.3 V和1.8 V電壓。
　　其余語音芯片UDA1341TS、拾音器的5 V供電、紅外避障、直流電動機均為+5 V供電。
　　1.2 聲源定位模塊
　　聲源定位模塊主要包括拾音器構(gòu)成的麥克風陣列和信號處理單元，如圖2所示。
　　
　　系統(tǒng)中麥克風陣列選用2個拾音器來實現(xiàn)，其監(jiān)聽范圍為30～50 m2。由于拾音器所拾取的聲音信號太小，易受環(huán)境噪聲影響，因此有必要對聲音信號進行預處理，通過信號調(diào)理單元的處理，使其能夠滿足系統(tǒng)要求。為滿足拾音 器所得到的微弱電信號進行放大，系統(tǒng)采取兩級放大電路。又由于A/D模塊不能采集負電壓信號，因此需要對放大后的電信號進行偏置，使其不出現(xiàn)負電壓，便于 ARM采樣，使其輸出的誤差更小。
　　1.3 語音識別模塊
　　設計采用 Philips公司UDA1341TS專用的語音處理芯片，能對語音實現(xiàn)放大、濾波、采樣、A/D或D/A轉(zhuǎn)換及進行數(shù)字語音處理功能，并且支持璐總線數(shù) 據(jù)格式，與ARM芯片S3C6410內(nèi)置IIS總線接口配合使用。ARM芯片上內(nèi)置的IIS接口不但能夠讀取IIS總線上的數(shù)據(jù)，為FIFO數(shù)據(jù)提供 DMA的傳輸模式，而且可以同時傳輸和接收數(shù)據(jù)。UDA1341TS對所采集的語音信號進行采集和編碼，由DTW模型算法進行模板訓練，并將訓練結(jié)果存儲 在Flash中以便于在語音信號識別階段讀取模板。在語音信號識別階段，將輸入的語音信號經(jīng)過音頻數(shù)字信號編譯碼器UDA1341 TS處理后，通知S3C6410嵌入式Linux操作系統(tǒng)，與保存在Flash中的參考樣本進行對比，找出最佳的聲音識別效果，然后由嵌入式Linux操 作系統(tǒng)中的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)控制S3C6410的I/O口，指揮垃圾桶的運動。