盲人专用洗衣机的研究与设计
蔡顺燕 蔺军 杨金莲
【摘 ?要】论文主要介绍了基于STC89C52单片机为主控芯片的盲人专用洗衣机的系统设计。根据盲人在日常行动上主要依靠听觉这一特点，使用LD2330语音識别模块让盲人对洗衣机进行操作，并通过红外传感器感受盲人位置、通过HX711称重模块获取衣物重量、通过伺服舵机控制洗衣机的动作，同时由蜂鸣器和DY-SV5W语音播报模块提示盲人的操作和洗衣机的状态。该系统调试通过并能够稳定运行。
【Abstract】This paper mainly introduces the system design of blind washing machine with STC89C52 single chip microcomputer as the main control chip. According to the feature that blind mainly rely on hearing in daily actions， the LD2330 speech recognition module is used to let blind people operate the washing machine， and the position of blind is felt through the infrared sensor， the weight of clothes is obtained through the HX711 weighing module， and the movement of washing machine is controlled through the servo steering machine. At the same time， the buzzer and DY-SV5W voice broadcast module prompt the operation of the blind and the state of the washing machine. The system is debugged and can run stably.
【关键词】盲人专用洗衣机;语音识别;语音播报;称重模块
【Keywords】special washing machine for the blind; voice recognition; voice broadcast; weighing module
【中图分类号】TM925.33 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文献标志码】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章编号】1673-1069（2021）07-0187-02
1 引言
根据调查数据显示，目前中国残疾人口大约8600百万，其中盲人患者逾1700万，占比约20%。此外，双眼低视力患者已达1200万[1]。对于具有视力缺陷的人来说，患病给他们的生活带来了极大的不便。但遗憾的是，并不是所有的盲人和双眼低视力患者都有专人照顾，很大一部分还是自己生活，这类人群在普通的衣食住行方面都与常人有着不一样的困难。论文旨在解决盲人使用洗衣机的痛点的同时，也实现让年轻人的洗衣生活更加时尚轻松的目的。
2 系统方案设计
2.1 系统方案框图
盲人专用洗衣机的设计总体框图如图1所示，该设计主要由STC89C52型号的控制芯片、LD2330语音识别模块、舵机、DY-SV5W语音播报模块、有源式蜂鸣器、HX711称重模块、按键控制、电路以及红外传感器等9个部分组成。此外，如若不是盲人使用的情况，可通过按键来切换洗衣机的工作模式。整个系统由变压器降电压电路供电，以LM2596DCDC芯片进行稳压5V供电。
2.2 系统功能描述
盲人模式中语音识别模块识别盲人语音指令，将信息传入给单片机，单片机通过蜂鸣器引导盲人洗衣机的位置并且通过语音播报模块对盲人进行操作提示，由人体红外感知盲人位置，由伺服舵机控制洗衣机盖和洗涤物的投放。通过表1，我们可以详细地了解整个系统的主要功能。
2.3 系统工作流程
整个系统设计工作流程如下，盲人说出：“启动洗衣机”，洗衣机被唤醒，发出：“滴滴滴……”的提示音提示盲人找到洗衣机的位置。盲人走到洗衣机前，洗衣机下方的红外传感器检测到盲人到达，自动打开洗衣机盖，同时发出提示音：“请投放衣物，滴滴滴……”提示盲人已到达，并投放衣物。盲人投放衣物后，洗衣机内部的压力传感器检测到衣物投入，停止“滴滴滴……”提示音，以时间间隔的询问提示：“是否开始洗衣”来判断衣物是否投放完成并在盲人的“开始”语音指令下达后启动洗衣机工作。启动洗衣机后，洗衣机关闭机盖，然后根据内部的压力传感器的检测情况先投放相应的洗衣液量，再完成进水、洗涤、脱水的传统洗衣工作。洗衣机完成洗涤工作后，立即间隔时间重复播报“洗衣完成”的提示音，直至盲人发出“取衣”的语音指令，然后再发出“滴滴滴……”的提示音提示盲人找到洗衣机。盲人到达洗衣机前，洗衣机同样根据红外传感器的检测打开洗衣机盖并提示“请取衣”。盲人取出衣物以后且离开一定距离后，洗衣机根据内部压力传感器和红外传感器的检测，发出提示音“关闭洗衣机”并关闭洗衣机盖进入待机状态。
3 主要电路原理
3.1 LD2330语音识别电路
LD2330芯片是一款专用于“语音识别”的芯片。该芯片由语音识别处理器及外部电路，包括模数转换器、数模转换器、麦克风接口、声音输出接口等部分组成。该芯片通过直接集成在现有的产品中来进一步实现语音识别、声控、人机对话等多种功能，并且这个过程不需要外接任何的辅助芯片。此外，识别的关键词语列表可进行任意的动态编辑[2]。
3.2 DY-SV5W语音播报电路
本设计选用的语言模块为DY-SV5W。它功能强大，具有IO分段触发、单总线串口控制，UART串口控制、标准MP3等多种可选择的工作模式。在IO组合模式下，系统可播放255段语音，信噪比支持85dB，可控制播放、暂停、选曲、音量加减等功能[3]。该模块是D类功放模块，正常工作时功率5W，可直接驱动4Ω的电阻，功率为3～5W的喇叭。此外，该模块可应用于MP3、WAV等解码格式，存储量大，最多可存储支持32GTF。当我们需要更新TF卡中的音频文件时，只需直接通过USB进行连接即可实现这一需求。在使用该模块时，只需将所需音频拷贝到TF卡中，按照不同的模式输入不同的指令即可播放相应的语音。该模块具有多种优质功能并且具有充足的存储空间，再加之使用方便等特点，是运用于论文设计语音播报这部分的较好选择。
3.3 HX711称重模块
由于STC89C52RC上没有内部集成ADC，所以采用HX711芯片來实现称重功能。HX711为24位A/D转换器芯片，具有高精度测量压力的显著优势。该芯片与单片机的接口电路比较简单，所有控制信号均只需管脚来实现驱动，因此程序编写也相对简单。对于输入选择开关，可任意选取A通道或B通道与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道A的可编程增益为64或128，分别有±40mV或±20mV的满额度差分输入信号的电压值;通道B用以参数检测并只有32的固定增益。HX711内部提供一个稳压电源，就能够直接给外部的传感器及芯片内部的A/D转换器带来一个电源，在系统板上也无需再添加其他的模拟电压。此外，芯片中的时钟振荡器并没有其他外接元件[4]。
4 软件流程图及说明
图2为总程序流程图，开机系统初始化各个模块，之后首先判断是模式控制。如若不是盲人模式则直接进入普通模式，即不用进行传感器舵机等的执行，反之是盲人模式就进入循环，根据语音指令执行对应程序。
5 结论
本设计通过运用STC89C52单片机为主控芯片，并搭载语音、伺服舵机、红外检测等多种模块实现了盲人洗衣机的主要功能：当接入电源后，系统判断按键所给的工作模式，如果是盲人模式则进入语音指令信号检测中，反之正常进行。在盲人模式下，通过盲人的控制语音对洗衣机发出对应的语音提示信息并执行不同的动作。主要表现为语音控制和流程提示、自动打开洗衣机盖、自动投放洗衣液等。
此系统设计考虑了盲人的实际行动特点，结合语音识别技术为盲人的生活提供了便利，减轻了其家庭的生活负担，希望能对今后相关企业或机构提供一定的参考意义。
【参考文献】
【1】杜宇崧，袁啸宇，马雪娇.基于多传感器融合技术的智能导盲杖的设计[J].电子制作，2021（07）：80-81+19.
【2】盛振涛，颜铿洋.基于语音识别的智能家居助手设计与制作[J].数码世界，2019（08）：134.
【3】一易电子.DY-SV5W 语音播放模块 MP3播放器 触发播放 串口控制播放[EB/OL].http：//www.eiemsun.com/c/9385.htm，2019-02-15.
【4】黄维洪，王勇，魏明强.基于单片机的超低功耗压力检测控制系统设计[J].仪器仪表用户，2009，16（01）：36-37.
