语音定位智能寻源垃圾桶的设计讲解

(20160415)：(采用语音定位技术的随叫随到智能垃圾桶)

合泰杯单片机应用设计竞赛初赛报告书

20160415 校学参赛编号：：重庆机电职业技术

学院作品名称采用语音定位技术的随叫随到智能垃圾桶：

指导老师杨川：

参赛队员向游李曼芸汤玲：

采

用单片机型号 HT66F70A

：2015 1230 日月日期：年一、摘要

随着社会经济的不断发展，智能控制技术日益成熟。现代家居中，人们越来越注

重各种电器家具布局的智能化，合理化，科学化以及人性化。本作品旨在设计一

款基于HT66F70A单片机控制的智能家居垃圾桶，该智能垃圾桶采用声音和红外

传感器，通过延时估计法实现声源方位的实时检测，具有语音控制垃圾桶行进功

能和红外避障功能，同时，智能垃圾桶能快速识别用户发出的各种语音指示，自

动完成开启、关闭垃圾桶等动作，真正实现随叫随到，为人们的日常生活带来便利。本作品完成之后能够很好的管理垃圾桶满足用户的要求，符合科技型、可持

续性发展社会的标准。

关键词：HT66F70A;声源定位；语音识别；红外式传感器

二、作品介绍

2.1作品背景

随着中国城市和经济的迅速发展，人们的生活水平不断提高，人们在生活中产生

的生活垃圾都需要垃圾桶放置，特别是老人、妇女或者残疾人，放置垃圾时存在

的诸多不便、费时、费力等问题，提出了具有语音识别功能的智能垃圾桶设计方案，当用户想要扔垃圾时，只要一声令下，垃圾桶就会快速准确到达身边。同时

为了符合节约型、可持续性发展社会的标准，产生了对垃圾桶智能管理的需求。传统垃圾桶存在占用室内面积，堵墙角过道，远程操控不变，不卫生等现象。对

于占用面积问题和不便捷问题，都是可-1-

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以通过智能管理来完美解决的。

2.2创作目的

为了在满足用户前提下最大限度的省时省力，解决垃圾桶使用便捷的问题，我们设计了一个语音识别系统，来控制垃圾桶的工作状态。生活中人们都需到一定的垃圾桶放置处扔垃圾，而且考虑到老人、孕妇或者有残疾的病人，所存在的不便、费时、费劲等问题日益突出。针对此问题，本系统提出了具有“随叫随到”功能的垃圾桶的设计方案，即当用户想要扔垃圾的时候，只要一声令下，垃圾桶就会快准确无误地来到身边。并且设计出了一套基于HT66F70A控制的具有语音识别技术的声控智能垃圾桶，实现了对其“随叫随到”的控制。

三、作品功能与实用性

设计的作品系统结构包括垃圾桶车体机械结构、硬件控制电路和软件设计三部分。其中车体机械结构为一部带万向轮的两轮驱动车体，能按照在不同地点处用户发出的声音指令，自动行驶到用户所在地。本设计通过语音识别模块识别出用户的呼叫命令，同时通过声源定位模块判断用户所处位置，再通过HT66F70A产生

驱动电机的PWM信号，利用电机驱动模块驱动垃圾桶向声源方向行驶，并在行进过程中，利用避障模块自行避开障碍物。同时，该设计还支持用户对打开垃圾桶盖、关闭垃圾桶盖等语音控制。该设计将智能、便利、个性化融合在一起，为新时代的家居生活和高效率的办公带来方便、快捷和可靠。

四、设计原理

4.1作品工作原理

本系统采用盛群提供的高性能、低功耗的处理器HT66F70A芯片为核心控制器。系统包括电源模块、HT66F70A最小系统、声源定位模块、语音识别模块、避障模块和电机驱动模块。各个模块功能阐述如下：

声音采集：由拾音器声音传感器采集声音，通过两级放大电路对语音信号进行放大。

语音识别：Philips公司UDA1341TS专用的语音处理芯片，能对语音实现放大、滤波、采样、A／D或D／A转换及进行数字语音处理功能。

电机驱动：由HT66F70A产生PWM控制信号驱动电机工作。

避障：以红外式传感器探测障碍距离并采用漫反射式光电开关进行避障。

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通过对采集的声音加以数字语音处理，将输人的语音信号经过音频数字信号编译码器UDA1341TS处理后，与保存在Flash中的参考样本进行对比，找出最佳的声音识别效果，然后由调用函数控制HT66F70A的I／0口，指挥垃圾桶的运动。电机的驱动电路则采用H桥驱动电路，控制4个桥臂的导通与关断控制电机的

运行状态，使之正转反转或者停转，进而控制垃圾桶的行驶。根据红外探测器发射头发出的光束，被障碍物反射，接收头据此做出判断是否有障碍物。HT66F70A 根据接收头电平的高低做出相应控制，避免小车碰到障碍物。

最最最最最最最最最最最最最最最最最HT66F70最最最最最最最最最最最最最最最最最最最最最最最最最最最最最

图1 系统整体框图

4.2声源定位算法

针对声源定位，系统采用基于传声器阵列时延估计法来估测用户发声的方向。基于时延估计的声源定位算法分为两个部分：(1)时延估计，即计算声源到两两传声器之间的时间差。(2)方位估计，即根据时延和传声器阵列的几何位置估计出声源的位置，其中时延估计的精度是关系到声源定位精确与否的关键因素。（1）时延估计

时延估计采用广义互相关法。假设两传声器m1和m2间距为d，在没有混响的情况????ttxx:

和下，两传声器接受到的信号21??????ttn?xst?a (1) 111???????t?stx?atn? (2)

222-3-

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????ts?是声其中，、为声源信号；是声波从声源到传感器的传播衰减系数；21????tntn为环境噪声。这时，到达、源传播到两个传感器所需延迟时间，即到达时延。12时延(TDOA)可以采用传统的互相关法进行估计，这时互相关方程为 ??????????dexRx?eG?d22x1xx11122x（3）??????????????j??j

00??????????*???XX?GE??x；是权其中，是传声器1、2拾取信号的互相关谱12x1x12???????????G?是广义互相关谱，这样到达时延为函数；2x122x1xx1????就可