文章目录

    • 一.概要
    • 二.实验模型原理
      • 1.硬件连接原理框图
      • 2.控制原理
    • 三.实验模型控制流程
    • 四.语音控制垃圾桶模型程序
    • 五.实验效果视频
    • 六.小结

一.概要

以前介绍的智能垃圾桶模型都是通过超声波模块感知控制，这次介绍一款新的智能垃圾桶，直接使用语音交互模块进行垃圾桶的开闭控制。

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本文就做一个语音对话智能感应垃圾桶套件模型，采用STM32F103C8T6单片机+舵机+语音交互模块+激光红外模块，实现使用语音指令就能进行垃圾桶自动开启，以及垃圾桶里的物体放满了，就产生垃圾桶满的语音报警。
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二.实验模型原理

1.硬件连接原理框图

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模型主要分为五部分:主芯片单元，语音对话单元，执行动作单元，满溢检测单元。
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图中主控芯片为STM32F103C8T6单片机，语音对话单元为ASR-PRO模块，执行传感器为180度SG90舵机，满溢检测单元为红外激光测距检测。

信号线连接:SG90(180度)舵机的信号脚橙色线接到单片机的PA6脚。ASR-PRO模块接单片机的PB8,PB9引脚。红外激光测距模块接单片机的模拟IIC通讯引脚PB12,PB13以及PB7引脚。

2.控制原理

语音模块交互原理：
语音交互模块是一款集成了离线语音识别功能的模块，用户可以通过该模块实现语音识别功能，外部加上麦克风与喇叭，就能实现语音识别与对话。
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语音核心板固件程序可以通过 USB转 TTL模块连接实现硬件连接下载，接线是 5V,GND,TX,RX四根线。
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使用语音模块的开发软件，天问 Block 编程软件，制作好图形化语音对话控制程序，下图是语音交互程序，接收的语音命令是"打开垃圾桶"，“关闭垃圾桶”，生成模型后，点击2M编译下载，连接USB转 TTL模块就能实现对语音模块进行固件程序下载。
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舵机控制原理：
SG90舵机，首先，控制引脚是三根线，分别是GND(棕色)、VCC(红色)、PWM(黄色)，控制方式也是一样的PWM时序，具体的方法如下：

（1）采用PWM控制的方式来进行舵机的旋转
（2）舵机的控制需要MCU产生一个20ms周期的脉冲信号，以0.5ms到2.5ms的高电平来控制舵机的角度。
（3）高电平时间跟舵机旋转的角度对应关系:
0.5ms-------------0度；对应函数中占空比为2.5%
1.0ms------------45度；对应函数中占空比为5.0%
1.5ms------------90度；对应函数中占空比为7.5%
2.0ms-----------135度；对应函数中占空比为10.0%
2.5ms-----------180度；对应函数中占空比为12.5%

满溢检测原理：

通过红外激光模块装在垃圾桶顶部区域，单片机通过IIC总线与红外模块进行通讯，读取检测到的距离值，红外激光模块通过光线的反射原理，用来测量障碍物的距离，如果障碍物的距离比较小，说明垃圾桶满了。
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三.实验模型控制流程

1.语音交互模块接收到"打开垃圾桶"的语音之后，语音模块的PA4引脚就会输出高电平。

2.单片机一直读取PB9引脚，由于单片机的PB9跟语音模块的PA4引脚是相连的，如果读取到PB9引脚为高电平，单片机就会通过PA6引脚输出20ms周期的PWM波。PWM波高电平脉冲时间为2.5ms，这样舵机就会旋转180度，从而带动垃圾桶的盖打开，垃圾桶保持打开状态不变。单片机同时驱动红外激光模块测距，如果距离小于8CM，说明垃圾桶顶部被东西覆盖，垃圾桶已经满了，单片机就会控制PB8引脚输出高电平，由于单片机的PB8引脚与语音模块的PA1引脚是相连的，语音模块的PA1引脚读取到高电平之后，就会输出"满了满了"的语音。

3.语音交互模块接收到"关闭垃圾桶"的语音之后，语音模块的PA4引脚就会输出低电平，单片机一直读取PB9引脚，由于单片机的PB9跟语音模块的PA4引脚是相连的，如果为低电平，单片机通过PA6引脚输出20ms周期。PWM波高电平脉冲时间为0.5ms，这样舵机就回到0度，从而带动垃圾桶的盖闭合。

四.语音控制垃圾桶模型程序

板子与SG90舵机(180度舵机)用杜邦线连接：
板子5V----红色线
板子A6----橙色线
板子G-----棕色线板子与红外激光测距模块用杜邦线连接：
板子3.3V----VIN
板子B12----SCL
板子B13----SDA
板子B7------XSHUT
板子G-------GND

USB线需要接小系统板，给STM32板子供5V, 板子与语音模块直接相连，板载麦克风，板子再外接一个喇叭。
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实物地址

打开STM32CubeMX软件,新建工程
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Part Number处输入STM32F103C8，再双击就创建新的工程
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配置下载口引脚
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配置外部晶振引脚
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配置系统主频
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PB8,PB12,PB13,PB7配置成输出，PB9配置成输入，而且是下拉输入，因为要读取语音模块输出的高电平信号。
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配置PWM输出，定时器3通道1，周期20ms
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配置工程文件名，保存路径，KEIL5工程输出方式
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生成工程
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用Keil5打开工程
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添加代码

添加红外激光代码：
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添加语音模块输出的高低电平控制舵机驱动代码：
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添加满溢检测代码：
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主要程序：

/* USER CODE BEGIN 0 */
uint16_t Pluse_Time=500,Old_Pluse_Time,DistanceTimeCounter,DistanceCounter;//1毫秒脉冲，单位是us
uint8_t OpenFlag;
uint8_t Vl53l0_FullFlag;//满报警，连续检测3次满，认为满了
/* USER CODE END 0 *//*** @brief  The application entry point.* @retval int*/
int main(void)
{/* USER CODE BEGIN 1 *//* USER CODE END 1 *//* MCU Configuration--------------------------------------------------------*//* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */HAL_Init();/* USER CODE BEGIN Init *//* USER CODE END Init *//* Configure the system clock */SystemClock_Config();/* USER CODE BEGIN SysInit *//* USER CODE END SysInit *//* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_TIM3_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */while(vl53l0x_init(&vl53l0x_dev))//vl53l0x初始化{	 HAL_Delay(500);}if (HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK)//PA6脚PWM输出{/* PWM generation Error */while(1);}HAL_Delay(200);//等待200ms//以180度角度伺服为例，那么对应的控制关系是这样的（t为高电平时间）：//t=0.5ms（占空比2.5%）---------0°；//t=1.0ms（占空比5%）-----------45°；//t=1.5ms（占空比7.5%）---------90°；//t=2.0ms（占空比10%）---------135°；//t=2.5ms（占空比12.5%）-------180°；Pluse_Time=500;//0.5ms高电平脉冲，用于控制舵机转到0度HAL_TIM_PWM_Stop(&htim3, TIM_CHANNEL_1);//PWM停止输出HAL_Delay(100);//等待100msMX_TIM3_Init();//重新初始化配置PWM波if (HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK)//PA6脚PWM输出{/* PWM generation Error */while(1);}HAL_Delay(200);//等待200msHAL_TIM_PWM_Stop(&htim3, TIM_CHANNEL_1);//PWM停止输出	OpenFlag=0;//关闭vl53l0x_general_Init(&vl53l0x_dev,Default_Mode);//默认模式测试/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */HAL_Delay(100);//等待100ms	if((HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_9) == 1) && OpenFlag==0)//收到打开垃圾桶语音，进行打开垃圾桶动作{DistanceCounter=0;Pluse_Time=2500;HAL_TIM_PWM_Stop(&htim3, TIM_CHANNEL_1);//PWM停止输出MX_TIM3_Init();//重新初始化配置PWM波if (HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK)//PA6脚PWM输出{while(1);}HAL_Delay(1000);OpenFlag=1;}else if((HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_9) == 0)&& OpenFlag==1)//收到关闭垃圾桶语音，进行关闭垃圾桶动作{DistanceCounter=0;Pluse_Time=500;//0.5ms高电平脉冲，用于控制舵机转到0度if(Old_Pluse_Time!=Pluse_Time){HAL_TIM_PWM_Stop(&htim3, TIM_CHANNEL_1);//PWM停止输出MX_TIM3_Init();//重新初始化配置PWM波HAL_Delay(100);//等待100msif (HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK)//PA6脚PWM输出{/* PWM generation Error */while(1);}HAL_Delay(1000);//等待1000msOpenFlag=0;	}			}if(OpenFlag==1)//打开的时候做满检测{vl53l0x_general_Test(&vl53l0x_dev);if(Vl53l0_OK_Flag==1&& vl53l0x_data.RangeMilliMeter<=50)//检测到有效距离，且距离小于5cm，说明满了{Vl53l0_FullFlag++;if(Vl53l0_FullFlag>=3){HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_SET);//PB8输出高电平，控制语音模块输出满了满了语音HAL_Delay(1000);//等待1000ms}}else{HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_RESET);//PB8输出低电平，关闭满了满了的语音Vl53l0_FullFlag=0;}}Old_Pluse_Time=Pluse_Time;}/* USER CODE END 3 */
}

语音模块是通过图形化编程，用天问软件，流程代码如下：
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五.实验效果视频

STM32单片机带语音交互控制和满溢检测智能垃圾桶模型

六.小结

融合了舵机，语音交互模块，红外激光测距的控制，对STM32的单片机的定时器PWM功能，定时器功能，IIC通讯有更深的了解。

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