基于語(yǔ)音系統(tǒng)的垃圾分類(lèi)控制裝置的設(shè)計(jì)

張藝藍(lán) 金紅

（桂林理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 廣西壯族自治區(qū)桂林市 541004）

近年國(guó)內(nèi)掀起的垃圾分類(lèi)的熱潮，但一些群體對(duì)垃圾分類(lèi)并沒(méi)有一個(gè)深刻的意識(shí)，目前垃圾主要分為有害垃圾，可回收垃圾，其他垃圾以及廚余垃圾[1-2]，對(duì)于傳統(tǒng)的垃圾桶，沒(méi)有提供一些垃圾分類(lèi)的提示，需要人們根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和強(qiáng)化記憶進(jìn)行垃圾分類(lèi)，給生活帶來(lái)一些不便，特別是老人和小孩。文獻(xiàn)[3-8]給出了利用語(yǔ)音進(jìn)行交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，如果通過(guò)一些交互語(yǔ)音系統(tǒng)特別是離線的語(yǔ)音進(jìn)行輔助垃圾分類(lèi)，就能夠有效的在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行垃圾分類(lèi)。本文給出一種交互式的語(yǔ)音垃圾分類(lèi)控制裝置的設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成及硬件實(shí)現(xiàn)

1.1 整體思想

本語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)以STM32F103C8T6 單片機(jī)為主控制器，利用LD3320 語(yǔ)音識(shí)別模塊，JQ8400 語(yǔ)音播報(bào)模塊，1.44TFT 液晶屏等設(shè)計(jì)語(yǔ)音識(shí)別的垃圾分類(lèi)系統(tǒng)，系統(tǒng)利用定時(shí)循環(huán)檢測(cè)，是否有語(yǔ)音輸入，LD3320 語(yǔ)音識(shí)別模塊利用其控制器對(duì)進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別，并通過(guò)UART 接口與單片機(jī)通信，單片機(jī)根據(jù)語(yǔ)音內(nèi)容實(shí)現(xiàn)垃圾語(yǔ)音播報(bào)和顯示，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2：電路原理圖

1.2 常用生活垃圾分類(lèi)

本設(shè)計(jì)根據(jù)城市垃圾分類(lèi)要求，以及對(duì)本校大學(xué)生的生活垃圾進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單調(diào)查，并根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)和百度詞條的收錄，對(duì)城市日常生活垃圾的進(jìn)行了分類(lèi)，如表1所示。

圖3：硬件實(shí)物圖

圖4：程序流程圖

表1

表2

表3

表4 系統(tǒng)抗噪測(cè)試

1.3 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以STM32F103C8T6 作為主控制器，利用UART 接口與LD3320 語(yǔ)音識(shí)別模塊進(jìn)行通信，LD3320 語(yǔ)音識(shí)別模塊利用自帶STC51 單片機(jī)建立語(yǔ)音詞庫(kù)，進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別和匹配，將語(yǔ)音信息通過(guò)串口送給STM32F103C8T6 控制器，進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)和顯示輸出，原理圖如圖2，硬件實(shí)物圖如圖3所示。

2 軟件設(shè)計(jì)

軟件上電首先初始化，語(yǔ)音識(shí)別模塊配置，配置結(jié)束后，進(jìn)行正常的工作，語(yǔ)音識(shí)別模塊進(jìn)行識(shí)別匹配，將結(jié)果傳輸?shù)絊TM32單片機(jī)，STM32 將垃圾分類(lèi)進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)和顯示屏。因LD3320 可將垃圾分類(lèi)語(yǔ)音詞條離線存儲(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)不用聯(lián)網(wǎng)也可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的對(duì)話，主要流程圖如圖4所示。

2.1 喚醒詞設(shè)計(jì)和語(yǔ)音播報(bào)

喚醒詞是垃圾的名稱或關(guān)鍵詞，LD3320 對(duì)各種垃圾的語(yǔ)音詞條和關(guān)鍵詞進(jìn)行了分類(lèi)編號(hào)和離線存儲(chǔ)，當(dāng)語(yǔ)音輸入部分輸入喚醒詞，進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別和匹配，當(dāng)輸入的語(yǔ)音提條在詞庫(kù)中給出相應(yīng)垃圾分類(lèi)編號(hào)，傳輸給STM32 單片機(jī)。JQ8400 語(yǔ)音播報(bào)模塊利用其Flash 存儲(chǔ)常用生活垃圾語(yǔ)音曲目并給定曲目號(hào)，當(dāng)單片機(jī)接收到垃圾分類(lèi)編號(hào)時(shí)選取相應(yīng)垃圾分類(lèi)的曲目號(hào)，播放對(duì)于垃圾應(yīng)當(dāng)分類(lèi)的曲目。

3 實(shí)驗(yàn)與測(cè)試

將表1 所需識(shí)別的垃圾進(jìn)行錄入，實(shí)驗(yàn)測(cè)試中共選取六個(gè)人，每個(gè)人說(shuō)出10 條相關(guān)和10 條不相關(guān)的垃圾進(jìn)行分類(lèi)測(cè)試，并對(duì)每一個(gè)詞條說(shuō)40-100 次進(jìn)行準(zhǔn)確度測(cè)測(cè)試。

3.1 垃圾分類(lèi)識(shí)別測(cè)驗(yàn)

從表2 可看出，對(duì)于語(yǔ)音識(shí)別模塊，能夠?qū)Σ煌L(zhǎng)度的語(yǔ)音詞條都能夠達(dá)到很好的識(shí)別效果，其中其對(duì)短語(yǔ)音識(shí)別度較高，對(duì)長(zhǎng)語(yǔ)音指令識(shí)別較低，但是也滿足基本的垃圾分類(lèi)識(shí)別實(shí)驗(yàn)。

3.2 識(shí)別時(shí)間實(shí)驗(yàn)

本次設(shè)計(jì)所使用到的模塊為離線的語(yǔ)音識(shí)別模塊，表3 做了有關(guān)的語(yǔ)音識(shí)別的時(shí)間測(cè)驗(yàn)。

從表3 中數(shù)據(jù)可以看出，在外部環(huán)境較為安靜的情況，離線系統(tǒng)的語(yǔ)音識(shí)別指令的識(shí)別時(shí)間，符合用戶體驗(yàn)性要求。

3.3 系統(tǒng)抗噪測(cè)試

語(yǔ)音識(shí)別的識(shí)別效果受到環(huán)境的影響因素比較大，在本次的設(shè)計(jì)當(dāng)中，對(duì)不同的環(huán)境進(jìn)行了一定的抗噪處理，實(shí)驗(yàn)中通過(guò)手機(jī)播放不同的場(chǎng)景聲音來(lái)模擬不同場(chǎng)景進(jìn)，并且每個(gè)場(chǎng)景每個(gè)指令進(jìn)行了多人多次測(cè)試，如表4。

4 結(jié)語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)的主要目的是為了解決當(dāng)前生活當(dāng)中，居民不會(huì)分類(lèi)或懶得分類(lèi)的現(xiàn)狀，減輕環(huán)衛(wèi)工作者在垃圾分類(lèi)的壓力，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音交互式垃圾分類(lèi)，并模擬了不同環(huán)境進(jìn)行了測(cè)試，滿足垃圾分類(lèi)要求。因本次設(shè)計(jì)是基于離線系統(tǒng)的，未實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)垃圾詞庫(kù)不能在線更新，希望后期的能夠的進(jìn)行改進(jìn)。