基于语音系统的垃圾分类控制装置的设计

张艺蓝 金红

（桂林理工大学信息科学与工程学院 广西壮族自治区桂林市 541004）

近年国内掀起的垃圾分类的热潮，但一些群体对垃圾分类并没有一个深刻的意识，目前垃圾主要分为有害垃圾，可回收垃圾，其他垃圾以及厨余垃圾[1-2]，对于传统的垃圾桶，没有提供一些垃圾分类的提示，需要人们根据经验和强化记忆进行垃圾分类，给生活带来一些不便，特别是老人和小孩。文献[3-8]给出了利用语音进行交互系统的设计，如果通过一些交互语音系统特别是离线的语音进行辅助垃圾分类，就能够有效的在短时间内进行垃圾分类。本文给出一种交互式的语音垃圾分类控制装置的设计。

1 系统构成及硬件实现

1.1 整体思想

本语音识别系统以STM32F103C8T6 单片机为主控制器，利用LD3320 语音识别模块，JQ8400 语音播报模块，1.44TFT 液晶屏等设计语音识别的垃圾分类系统，系统利用定时循环检测，是否有语音输入，LD3320 语音识别模块利用其控制器对进行语音识别，并通过UART 接口与单片机通信，单片机根据语音内容实现垃圾语音播报和显示，系统结构图如图1所示。

图1：系统结构图

图2：电路原理图

1.2 常用生活垃圾分类

本设计根据城市垃圾分类要求，以及对本校大学生的生活垃圾进行一个简单调查，并根据生活经验和百度词条的收录，对城市日常生活垃圾的进行了分类，如表1所示。

图3：硬件实物图

图4：程序流程图

表1

表2

表3

表4 系统抗噪测试

1.3 硬件设计

系统以STM32F103C8T6 作为主控制器，利用UART 接口与LD3320 语音识别模块进行通信，LD3320 语音识别模块利用自带STC51 单片机建立语音词库，进行语音识别和匹配，将语音信息通过串口送给STM32F103C8T6 控制器，进行语音播报和显示输出，原理图如图2，硬件实物图如图3所示。

2 软件设计

软件上电首先初始化，语音识别模块配置，配置结束后，进行正常的工作，语音识别模块进行识别匹配，将结果传输到STM32单片机，STM32 将垃圾分类进行语音播报和显示屏。因LD3320 可将垃圾分类语音词条离线存储，可以实现不用联网也可以进行简单的对话，主要流程图如图4所示。

2.1 唤醒词设计和语音播报

唤醒词是垃圾的名称或关键词，LD3320 对各种垃圾的语音词条和关键词进行了分类编号和离线存储，当语音输入部分输入唤醒词，进行语音识别和匹配，当输入的语音提条在词库中给出相应垃圾分类编号，传输给STM32 单片机。JQ8400 语音播报模块利用其Flash 存储常用生活垃圾语音曲目并给定曲目号，当单片机接收到垃圾分类编号时选取相应垃圾分类的曲目号，播放对于垃圾应当分类的曲目。

3 实验与测试

将表1 所需识别的垃圾进行录入，实验测试中共选取六个人，每个人说出10 条相关和10 条不相关的垃圾进行分类测试，并对每一个词条说40-100 次进行准确度测测试。

3.1 垃圾分类识别测验

从表2 可看出，对于语音识别模块，能够对不同长度的语音词条都能够达到很好的识别效果，其中其对短语音识别度较高，对长语音指令识别较低，但是也满足基本的垃圾分类识别实验。

3.2 识别时间实验

本次设计所使用到的模块为离线的语音识别模块，表3 做了有关的语音识别的时间测验。

从表3 中数据可以看出，在外部环境较为安静的情况，离线系统的语音识别指令的识别时间，符合用户体验性要求。

3.3 系统抗噪测试

语音识别的识别效果受到环境的影响因素比较大，在本次的设计当中，对不同的环境进行了一定的抗噪处理，实验中通过手机播放不同的场景声音来模拟不同场景进，并且每个场景每个指令进行了多人多次测试，如表4。

4 结语

本次设计的主要目的是为了解决当前生活当中，居民不会分类或懒得分类的现状，减轻环卫工作者在垃圾分类的压力，实现语音交互式垃圾分类，并模拟了不同环境进行了测试，满足垃圾分类要求。因本次设计是基于离线系统的，未实现联网垃圾词库不能在线更新，希望后期的能够的进行改进。