盲人专用洗衣机的研究与设计

　　【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 语音识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。

　　本文源自蔡顺燕; 蔺军; 杨金莲， 中小企业管理与科技(中旬刊) 发表时间：2021-06-25

　　【关键词】盲人专用洗衣机;语音识别;语音播报;称重模块

　　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 芯片来实现称重功能。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。