基于語音識別的智能垃圾桶的系統(tǒng)設計方案,計算機應用技術論文

基于語音識別的智能垃圾桶的系統(tǒng)設計方案,計算機應用技術論文本篇論文目錄導航：【】【】基于語音辨別的智能垃圾桶的系統(tǒng)設計方案【】【】【】語音辨別論文：基于語音辨別的智能垃圾桶的系統(tǒng)設計方案內容摘要：闡述基于語音辨別的智能垃圾桶的系統(tǒng)設計方案，將智能垃圾桶分為5大功能模塊進行設計，此5大功能模塊為紅外線感測模塊、語音辨別及播報模塊、機械控制模塊、遠程定位和通信模塊，以及外觀模塊。要想在智能垃圾桶中應用語音辨別技術，還需要設置各功能模塊相對應的硬件和軟件，通過硬件與軟件的共同作用，實現(xiàn)智能垃圾桶各功能模塊的正常運行，以此達成語音辨別和語音宣導的作用。本文關鍵詞語:智能,垃圾桶;語音辨別;應用;1概述為更好地解決城市垃圾分類難題，能夠借助技術手段來進行垃圾分類工作，以此提高垃圾分類工作的效果與質量?；谡Z音辨別技術設計了智能垃圾桶的系統(tǒng)方案，此方案既能使語音辨別的功能達成，又能使語音播報發(fā)揮宣導作用，進而引導扔垃圾的居民正確進行垃圾分類投放的操作。這對于解決垃圾分類難題有重要作用，能有效推進城市生活垃圾分類工作的開展。2系統(tǒng)方案設計在智能垃圾桶中應用語音辨別技術的主要目的有兩點，〔1〕進行垃圾名稱的辨別，比方干垃圾、濕垃圾、有害垃圾等。〔2〕垃圾分類知識宣傳，通過垃圾分類知識宣傳提高人們的垃圾分類意識。為實現(xiàn)這兩大目的，應主要圍繞智能垃圾桶的5大功能模塊進行設計，此5大功能模塊分別為紅外線感測模塊、語音辨別及語音播報模塊、機械控制模塊、遠程定位和通信模塊，以及外觀模塊?；诖?大功能模塊的智能垃圾桶工作流程如此圖1所示。圖1智能垃圾桶運行流程第1步：智能垃圾桶通過紅外線感測功能感測垃圾桶周邊范圍內能否有扔垃圾的居民靠近。第2步：一旦感測到有扔垃圾的居民靠近，就立馬會啟動語音辨別及語音播報和機械控制功能模塊。進而進入交互狀態(tài)，實現(xiàn)人與智能垃圾桶的溝通互動。第3步：當扔垃圾的居民講出所要扔的垃圾名稱后，智能垃圾桶通過語音辨別功能對居民所講的垃圾名稱進行辨別。第4步：當辨別成功時，智能垃圾桶內部會將辨別到的垃圾名稱匹配相應的垃圾類別，并通過機械控制功能將相應類別的垃圾桶蓋打開，以便扔垃圾的居民進行垃圾分類和投擲。第5步：當辨別失敗時，則表示扔垃圾的居民所講的垃圾名稱沒有匹配到當下的垃圾桶。在這里情況下，智能垃圾桶會通過語音播報功能依次播放當下每個垃圾桶內對應的垃圾類別信息，扔垃圾的居民則能夠根據(jù)智能垃圾桶播報的垃圾類別信息判定所要扔的垃圾的對應類別，進而講出正確可辨別的垃圾名稱，進而完成垃圾投放。如此，既能讓扔垃圾的居民根據(jù)語音播報判定出相應的垃圾類別，又能使扔垃圾的居民學習到垃圾分類知識。第6步：當扔垃圾的居民完成一系列垃圾投放操作后，智能垃圾桶會重新利用機械控制功能將打開的垃圾桶蓋進行閉合。智能垃圾桶的地理位置信息能夠通過遠程定位功能來獲取，同時，能夠利用通信功能將智能垃圾桶的地理位置信息傳輸?shù)揭苿釉O備中，以此實現(xiàn)對智能垃圾桶的實時監(jiān)管和控制。3智能垃圾桶的硬件3.1紅外線感測模塊智能垃圾桶的紅外線感測模塊主要采用熱釋電紅外傳感器〔PIR〕來實現(xiàn)。熱釋電紅外傳感器是一款由高熱電系數(shù)的材料制成的探測元件，該探測元件的波長靈敏度一直能夠穩(wěn)定保持在0.2～20--um范圍內，而人體輻射的紅外線波長為9～10--um，正好合適應用于人體紅外探測上。但其不能直接使用，由于熱電元輸出的是電荷信號，需要轉換為電壓形式。因而，還需借助基于熱釋電紅外的HCSR501傳感器。將基于熱釋電紅外的HCSR501傳感器應用于智能垃圾桶中，用以檢測智能垃圾桶周邊范圍內人體發(fā)出的紅外線。在這里經過中，HCSR501傳感器能直接啟動或關閉智能垃圾桶中的ARDUINOUN0R3開發(fā)板。當HCSR501傳感器未檢測到垃圾桶周邊范圍有扔垃圾的居民靠近時，傳感器則輸出低電平，智能垃圾桶內的各功能模塊處于無運行的狀態(tài)。當HCSR501傳感器檢測到垃圾桶周邊范圍有扔垃圾的居民靠近時，傳感器則輸出高電平，智能垃圾桶內的各功能模塊處于運行的狀態(tài)。待扔垃圾的居民投放好垃圾離開智能垃圾桶紅外感測范圍后，智能垃圾桶仍然恢復到無運行的狀態(tài)，各功能模塊也會關閉。該工作形式既能使ARDUINOUN0R3開發(fā)板等電子部件的使用期限得以延長，又能使智能垃圾桶的耗電量得到降低，以此避免造成資源浪費。3.2語音辨別及語音播報模塊智能垃圾桶的語音辨別及語音播報模塊主要分為語音辨別和語音播報兩部分。語音辨別模塊采用LD3320語音辨別芯片，該芯片基于本文關鍵詞語語列表技術，不需要外接任何輔助的Flash芯片、RAM芯片、AD芯片，可以以獨立完成語音辨別功能。該芯片每次辨別最多能夠設置50個候選本文關鍵詞語，本文關鍵詞語的形式能夠是單字、詞組或者是短句。另外，辨別的本文關鍵詞語內容還能夠動態(tài)編輯修改。本文關鍵詞語的詞語長度一般都在8個中文符，但考慮到用戶在講出本文關鍵詞語時可能會出現(xiàn)錯字、漏字、停頓等影響語音辨別效果的情況，因而在設置本文關鍵詞語語的字長時要盡量精短，進而保障語音辨別的效果?；诖?，將50個精短的垃圾名稱本文關鍵詞語以及可回收垃圾、不可回收垃圾、有害垃圾、其他垃圾此4種不同類別的垃圾名稱一并存入到了LD3320語音辨別芯片中。當扔垃圾的居民走入智能垃圾桶紅外感測范圍內后，紅外感測模塊會將語音播報模塊一同喚醒。待喚醒后，根據(jù)扔垃圾的居民所講的垃圾名稱進行辨別，然后將辨別到的垃圾名稱匹配相應的本文關鍵詞語。如匹配成功，則打開相應本文關鍵詞語所屬的垃圾桶蓋，以便扔垃圾的居民進行垃圾投放的操作。如匹配失敗，則將觸發(fā)語音播報功能模塊，由語音播報模塊播放垃圾分類知識的宣導，以便扔垃圾的居民進行垃圾分類知識的學習，進而正確講出所扔垃圾的名稱并完成垃圾投放的操作。語音播報模塊主要依靠VS1053芯片來實現(xiàn)，該芯片主要是對MP3的音頻文件進行解碼。在使用該芯片時，要先將錄制好的音頻文件預存到芯片中。當語音辨別模塊對扔垃圾的居民所講的垃圾名稱辨別失敗時，ARDUINOUNOR3開發(fā)板對音頻文件進行解碼，然后借助連接在VS1053芯片SPK接口的音響進行音頻內容的播報。扔垃圾的居民能夠根據(jù)語音播報的內容找到自個所扔垃圾的正確名稱本文關鍵詞語，進而準確講出所要扔的垃圾的類別。如此一來，則重新觸發(fā)語音辨別功能，待辨別成功后，對應的智能垃圾桶桶蓋會打開，扔垃圾的居民可以完成垃圾投放的操作。3.3機械控制模塊機械控制模塊主要依靠SG90舵機來實現(xiàn)，SG90舵機主要負責兩部分內容，〔1〕控制智能垃圾桶蓋的自動開合，〔2〕控制智能垃圾桶中隔雨防臭機械臂的開合。為實現(xiàn)上述智能垃圾桶蓋的自動開合，首先要在可回收垃圾、不可回收垃圾、有害垃圾、其他垃圾4個類別的垃圾桶桶蓋上，各安裝一個舵機，以實現(xiàn)對智能垃圾桶桶蓋開合的自動控制。隔雨防臭機械臂主要是對智能垃圾桶內部的垃圾袋進行開合操作，以此實現(xiàn)智能垃圾桶隔雨防臭的效果。3.4遠程定位和通信模塊遠程定位模塊主要利用GPS全球定位系統(tǒng)來獲取智能垃圾桶實時的地理位置信息，采用的是V.KELGPS芯片。當移動設備端向智能垃圾桶的中心處理器發(fā)送地理位置請求信息時，遠程定位模塊會將當下的地理位置信息以標準協(xié)議格式反應給智能垃圾桶的開發(fā)板，以便開發(fā)板與移動設備端進行地理位置信息的交互。遠程通信模塊主要通過WiFi形式來實現(xiàn)遠程通信功能，采用的是ESP8266-WiFi芯片。在運行的狀態(tài)下，智能垃圾桶將作為AP的建立局域網。移動設備端只要在局域網中聯(lián)合相對應的IP號和端口號就能夠與智能垃圾桶建立通信關系。當移動設備端向智能垃圾桶發(fā)送地理位置信息時，智能垃圾桶的開發(fā)板會將實時的地理位置信息反應給移動設備端，以此實現(xiàn)遠程通信。3.5外觀模塊外觀模塊主要是對智能垃圾桶外部進行美觀設計，同時還要并兼垃圾桶內部構造的設計。在智能垃圾桶中應將內部構造分為桶身和桶蓋兩部分，這兩部分之間會用隔板將兩者隔開，以起到隔雨防臭的效果。當垃圾桶蓋啟動時，會將隔板關閉，以此避免扔垃圾的居民與垃圾產生的異味細菌直接接觸。當垃圾桶蓋閉合，隔板將會開啟，扔垃圾的居民所扔的垃圾會落入垃圾桶桶身中，以此實現(xiàn)隔臭除菌的效果。智能垃圾桶的外部美觀設計應避免枯燥單一的主題，要圍繞垃圾分類、綠色生活的主題，既要起到垃圾分類知識宣傳的效果，又要考慮主題的趣味性和美觀性。比方能夠圍繞可回收垃圾、不可回收垃圾、有害垃圾、其他垃圾4個類別的垃圾進行智能垃圾桶外部美觀的設計，將4種類別的垃圾通過漫畫圖文的形式展現(xiàn)出來，如此既保存了趣味性又保存了宣導性。通過這樣新穎的形式，改變人們對垃圾桶固有臟、亂、差的形象。4智能垃圾桶的軟件智能垃圾桶的軟件主要通過AndroidStudio軟件開發(fā)平臺進行手機端APP的開發(fā)?；谡Z音辨別的智能垃圾桶軟件主要圍繞4大功能，〔1〕實現(xiàn)對垃圾桶內部容量的監(jiān)測，以便及時清理垃圾，避免造成垃圾堵塞的情況?！?〕實現(xiàn)對垃圾桶實時地理位置的監(jiān)測，通過監(jiān)測時刻了解垃圾桶的原定位置能否發(fā)生偏移，如發(fā)生偏移則及時修正?！?〕監(jiān)測智能垃圾桶各功能模塊的工作狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)異常則亮紅，并給手機端發(fā)送異常提醒，以便及時修復，進而恢復智能垃圾桶的正常運行狀態(tài)?！?〕智能垃圾桶的控制界面，通過控制界面實現(xiàn)智能垃圾桶的閉合和啟動等操作。當點擊一個類別的垃圾桶圖標時，能夠對該垃圾桶的容量、位置以及其他功能模塊的動態(tài)數(shù)據(jù)進行檢測，或是進行垃圾桶蓋關閉和啟動的操作。同時，還能夠實時進行語音辨別本文關鍵詞語語的編輯。通過這4大功能，就能實時對智能垃圾桶的工作情況進行了解和把握，進而實現(xiàn)智能垃圾桶硬件與軟件的連接。5結束語智能垃圾桶中的語音辨別技術應用主要依靠5大功能模塊來實現(xiàn)，此5大模塊分別是紅外線感測模塊、語音辨別及語音播報模塊、機械控制模塊、遠程定位和通信模塊，以及外觀模塊。此5大模塊需要依托相應的硬件和軟件，華而不實硬件主要依靠各類芯片和機械部件來支撐。比方紅外線感測模塊應用HCSR501傳感器、語音辨別模塊應用LD3320語音辨別芯片、語音播報模塊應用VS1053芯片、機械控制模塊應用SG90舵機等。軟件則主要依靠AndroidStudio開發(fā)軟件進行APP的開發(fā)，軟件能夠對智能垃圾桶中的硬件運行狀態(tài)進行監(jiān)測和控制。當該設計方案在推行的經過中，還應不斷進行優(yōu)化和完善，以到達最佳效果，進而更好地服務社會、服務居民。以下為參考文獻[1]魏子煊，劉小剛，陳真貴，魏蓮婧劉麗娟基于語音辨別技術的智能分類垃圾桶[J].單片機與嵌入