基于ARM的家用智能垃圾桶設(shè)計(jì)

作者：時(shí)間：2012-12-11 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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1．5 避障模塊
避障電路采用漫反射式光電開(kāi)關(guān)進(jìn)行避障。光電開(kāi)關(guān)是集發(fā)射頭和接收頭于一體的檢測(cè)開(kāi)關(guān)，其工作原理是根據(jù)發(fā)射頭發(fā)出的光束，被障礙物反射，接收頭據(jù)此做出判斷是否有障礙物。當(dāng)有光線(xiàn)反射回來(lái)時(shí)，輸出低電平；當(dāng)沒(méi)有光線(xiàn)反射回來(lái)時(shí)，輸出高電平。ARM根據(jù)接收頭電平的高低做出相應(yīng)控制，避免小車(chē)碰到障礙物，由于接收管輸出TTL電平，有利于ARM對(duì)信號(hào)的處理。障礙檢測(cè)模塊作為對(duì)外部障礙信息的采集窗口，將行進(jìn)過(guò)程中障礙信息檢測(cè)出來(lái)，并傳遞給ARM控制器進(jìn)行處理。
1．6 ARM最小系統(tǒng)
智能 垃圾桶以三星公司的ARM微處理器S3C6410為核心控制器，其主要作用：接收和處理收到的各種傳感器信號(hào)，并通過(guò)決策后輸出合適的控制信號(hào)。利用S3C6410豐富的片上外設(shè)可以方便地采集和處理各種傳感器的信號(hào)，實(shí)時(shí)控制垃圾桶的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)完成與語(yǔ)音芯片UDA1341 TS之間的通信。

2 系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件包括聲源定位算法、特定語(yǔ)音識(shí)別算法和自動(dòng)避障算法等。
2．1 聲源定位算法
針對(duì)聲源定位，系統(tǒng)采用基于傳聲器陣列時(shí)延估計(jì)法來(lái)估測(cè)用戶(hù)發(fā)聲的方向。基于時(shí)延估計(jì)的聲源定位算法分為兩個(gè)部分：(1)時(shí)延估計(jì)，即計(jì)算聲源到兩兩傳聲器之間的時(shí)間差。(2)方位估計(jì)，即根據(jù)時(shí)延和傳聲器陣列的幾何位置估計(jì)出聲源的位置，其中時(shí)延估計(jì)的精度是關(guān)系到聲源定位精確與否的關(guān)鍵因素。
(1)時(shí)延估計(jì)。時(shí)延估計(jì)采用廣義互相關(guān)法。假設(shè)兩傳聲器m1和m2間距為d，在沒(méi)有混響的情況下，兩傳聲器接受到的信號(hào)x1(t)和x2(t)為
x1(t)=α1s(t)+n1(t) (1)
x2(t)=α2s(t-τ)+n2(t) (2)
其中，s(t)為聲源信號(hào)；α1、α2是聲波從聲源到傳感器的傳播衰減系數(shù)；τ是聲源傳播到兩個(gè)傳感器所需延遲時(shí)間，即到達(dá)時(shí)延。n1(t)、n2(t)為環(huán)境噪聲。這時(shí)，到達(dá)時(shí)延(TDOA)可以采用傳統(tǒng)的互相關(guān)法進(jìn)行估計(jì)，這時(shí)互相關(guān)方程為
是傳聲器1、2拾取信號(hào)的互相關(guān)譜；ψ12：(ω)是權(quán)函數(shù)；φx1x2(ω)=ψ12(ω)Gx1x2(ω)是廣義互相關(guān)譜，這樣到達(dá)時(shí)延為

。
根據(jù)上式選取不同的權(quán)函數(shù)ψ12(ω)就可得到到達(dá)時(shí)延的不同算法，它的選取可根據(jù)實(shí)際的聲學(xué)環(huán)境選擇相應(yīng)的準(zhǔn)則，使得Rx1x2(τ)有個(gè)比較尖銳的峰值，得到最好的估計(jì)效果。Rx1x2(τ)的峰值處即為兩傳聲器間的時(shí)延。但在實(shí)際應(yīng)用中，權(quán)函數(shù)的選取是一個(gè)難點(diǎn)。目前用得較多的是基于互功率譜相位加權(quán)(CSP)法，其中加權(quán)函數(shù)選為ψ12=1／|Gx1x2(ω)|。這種方法通過(guò)對(duì)信號(hào)互功率譜的歸一化，去除了信號(hào)的幅度信息，只保留了信號(hào)的相位特性，對(duì)于噪聲和混響都有一定的抑制效果。
(2)方位估計(jì)。采用幾何定位法，利用角度距離估計(jì)方位。利用兩個(gè)拾音器擺成如圖4所示，利用拾音器1和2接收到得時(shí)間差就可以檢測(cè)出聲源偏離主軸的角度θ。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/148203.htm

由圖4可得

由于AB距離和V聲音已知，時(shí)延(tA-tB)可由式(1)～式(3)算出，再由式(4)和式(5)可求得聲源偏移正方向的角度θ，則可控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使垃圾桶向用戶(hù)方位旋轉(zhuǎn)并前進(jìn)。
2．2 特定語(yǔ)音識(shí)別算法
針對(duì)特定語(yǔ)音的識(shí)別，采用動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整(DTW)的算法，是一種把時(shí)間規(guī)整和距離測(cè)度的計(jì)算結(jié)合起來(lái)非線(xiàn)性規(guī)整技術(shù)，多用于孤立詞的語(yǔ)音識(shí)別。語(yǔ)音識(shí)別過(guò)程如圖5所示。

首先應(yīng)濾掉輸入語(yǔ)音信號(hào)的噪音并進(jìn)行預(yù)加重處理，提升高頻分量，然后線(xiàn)性預(yù)測(cè)系數(shù)等方法進(jìn)行頻譜分析，找出語(yǔ)音的特征參數(shù)作為未知模式，與預(yù)先存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)模式進(jìn)行比較，當(dāng)輸入的未知模式與標(biāo)準(zhǔn)模式的特征一致時(shí)，ARM便識(shí)別輸入的語(yǔ)音信號(hào)并輸出結(jié)果。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件主要包括：數(shù)據(jù)采集模塊、SCI通訊模塊、特定聲源定位算法模塊和避障軟件模塊。系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖6所示。