盲人專用洗衣機的研究與設計

　　【摘 要】論文主要介紹了基于 STC89C52 單片機為主控芯片的盲人專用洗衣機的系統設計。根據盲人在日常行動上主要依靠聽覺這一特點，使用 LD2330 語音識別模塊讓盲人對洗衣機進行操作，并通過紅外傳感器感受盲人位置、通過 HX711 稱重模塊獲取衣物重量、通過伺服舵機控制洗衣機的動作，同時由蜂鳴器和 DY-SV5W 語音播報模塊提示盲人的操作和洗衣機的狀態。該系統調試通過并能夠穩定運行。

　　本文源自蔡順燕; 藺軍; 楊金蓮， 中小企業管理與科技(中旬刊) 發表時間：2021-06-25

　　【關鍵詞】盲人專用洗衣機;語音識別;語音播報;稱重模塊

　　1 引言

　　根據調查數據顯示，目前中國殘疾人口大約 8600 百萬，其中盲人患者逾 1700 萬，占比約 20%。此外，雙眼低視力患者已達 1200 萬[1]。對于具有視力缺陷的人來說，患病給他們的生活帶來了極大的不便。但遺憾的是，并不是所有的盲人和雙眼低視力患者都有專人照顧，很大一部分還是自己生活，這類人群在普通的衣食住行方面都與常人有著不一樣的困難。論文旨在解決盲人使用洗衣機的痛點的同時，也實現讓年輕人的洗衣生活更加時尚輕松的目的。

　　2 系統方案設計

　　2.1 系統方案框圖

　　盲人專用洗衣機的設計總體框圖如圖 1 所示，該設計主要由 STC89C52 型號的控制芯片、LD2330 語音識別模塊、舵機、DY-SV5W 語音播報模塊、有源式蜂鳴器、HX711 稱重模塊、按鍵控制、電路以及紅外傳感器等 9 個部分組成。此外，如若不是盲人使用的情況，可通過按鍵來切換洗衣機的工作模式。整個系統由變壓器降電壓電路供電，以 LM2596DCDC 芯片進行穩壓 5V 供電。

　　2.2 系統功能描述

　　盲人模式中語音識別模塊識別盲人語音指令，將信息傳入給單片機，單片機通過蜂鳴器引導盲人洗衣機的位置并且通過語音播報模塊對盲人進行操作提示，由人體紅外感知盲人位置，由伺服舵機控制洗衣機蓋和洗滌物的投放。通過表 1，我們可以詳細地了解整個系統的主要功能。

　　2.3 系統工作流程

　　整個系統設計工作流程如下，盲人說出：“啟動洗衣機”，洗衣機被喚醒，發出：“滴滴滴……”的提示音提示盲人找到洗衣機的位置。盲人走到洗衣機前，洗衣機下方的紅外傳感器檢測到盲人到達，自動打開洗衣機蓋，同時發出提示音： “請投放衣物，滴滴滴……”提示盲人已到達，并投放衣物。盲人投放衣物后，洗衣機內部的壓力傳感器檢測到衣物投入，停止“滴滴滴……”提示音，以時間間隔的詢問提示：“是否開始洗衣”來判斷衣物是否投放完成并在盲人的“開始”語音指令下達后啟動洗衣機工作。啟動洗衣機后，洗衣機關閉機蓋，然后根據內部的壓力傳感器的檢測情況先投放相應的洗衣液量，再完成進水、洗滌、脫水的傳統洗衣工作。洗衣機完成洗滌工作后，立即間隔時間重復播報“洗衣完成”的提示音，直至盲人發出“取衣”的語音指令，然后再發出“滴滴滴……” 的提示音提示盲人找到洗衣機。盲人到達洗衣機前，洗衣機同樣根據紅外傳感器的檢測打開洗衣機蓋并提示“請取衣”。盲人取出衣物以后且離開一定距離后，洗衣機根據內部壓力傳感器和紅外傳感器的檢測，發出提示音“關閉洗衣機”并關閉洗衣機蓋進入待機狀態。

　　3 主要電路原理

　　3.1 LD2330 語音識別電路

　　LD2330 芯片是一款專用于“語音識別”的芯片。該芯片由語音識別處理器及外部電路，包括模數轉換器、數模轉換器、麥克風接口、聲音輸出接口等部分組成。該芯片通過直接集成在現有的產品中來進一步實現語音識別、聲控、人機對話等多種功能，并且這個過程不需要外接任何的輔助芯片。此外，識別的關鍵詞語列表可進行任意的動態編輯[2]。

　　3.2 DY- SV5W 語音播報電路

　　本設計選用的語言模塊為 DY-SV5W。它功能強大，具有 IO 分段觸發、單總線串口控制，UART 串口控制、標準 MP3 等多種可選擇的工作模式。在 IO 組合模式下，系統可播放 255 段語音，信噪比支持 85dB，可控制播放、暫停、選曲、音量加減等功能[3]。該模塊是 D 類功放模塊，正常工作時功率 5W，可直接驅動 4Ω 的電阻，功率為 3~5W 的喇叭。此外，該模塊可應用于 MP3、WAV 等解碼格式，存儲量大，最多可存儲支持 32GTF。當我們需要更新 TF 卡中的音頻文件時，只需直接通過 USB 進行連接即可實現這一需求。在使用該模塊時，只需將所需音頻拷貝到 TF 卡中，按照不同的模式輸入不同的指令即可播放相應的語音。該模塊具有多種優質功能并且具有充足的存儲空間，再加之使用方便等特點，是運用于論文設計語音播報這部分的較好選擇。

　　3.3 HX711 稱重模塊

　　由于 STC89C52RC 上沒有內部集成 ADC，所以采用 HX711 芯片來實現稱重功能。HX711 為 24 位 A/D 轉換器芯片，具有高精度測量壓力的顯著優勢。該芯片與單片機的接口電路比較簡單，所有控制信號均只需管腳來實現驅動，因此程序編寫也相對簡單。對于輸入選擇開關，可任意選取 A 通道或 B 通道與其內部的低噪聲可編程放大器相連。通道 A 的可編程增益為 64 或 128，分別有±40mV 或±20mV 的滿額度差分輸入信號的電壓值;通道 B 用以參數檢測并只有 32 的固定增益。HX711 內部提供一個穩壓電源，就能夠直接給外部的傳感器及芯片內部的 A/D 轉換器帶來一個電源，在系統板上也無需再添加其他的模擬電壓。此外，芯片中的時鐘振蕩器并沒有其他外接元件[4]。

　　4 軟件流程圖及說明

　　圖 2 為總程序流程圖，開機系統初始化各個模塊，之后首先判斷是模式控制。如若不是盲人模式則直接進入普通模式，即不用進行傳感器舵機等的執行，反之是盲人模式就進入循環，根據語音指令執行對應程序。

　　5 結論

　　本設計通過運用 STC89C52 單片機為主控芯片，并搭載語音、伺服舵機、紅外檢測等多種模塊實現了盲人洗衣機的主要功能：當接入電源后，系統判斷按鍵所給的工作模式，如果是盲人模式則進入語音指令信號檢測中，反之正常進行。在盲人模式下，通過盲人的控制語音對洗衣機發出對應的語音提示信息并執行不同的動作。主要表現為語音控制和流程提示、自動打開洗衣機蓋、自動投放洗衣液等。

　　此系統設計考慮了盲人的實際行動特點，結合語音識別技術為盲人的生活提供了便利，減輕了其家庭的生活負擔，希望能對今后相關企業或機構提供一定的參考意義。