一.概要

以前介紹的智能垃圾桶模型都是通過超聲波模塊感知控制，這次介紹一款新的智能垃圾桶，直接使用語音交互模塊進行垃圾桶的開閉控制。

本文就做一個語音對話智能感應垃圾桶套件模型，采用STM32F103C8T6單片機+舵機+語音交互模塊+激光紅外模塊，實現使用語音指令就能進行垃圾桶自動開啟，以及垃圾桶里的物體放滿了，就產生垃圾桶滿的語音報警。

二.實驗模型原理

1.硬件連接原理框圖

模型主要分為五部分:主芯片單元，語音對話單元，執行動作單元，滿溢檢測單元。

圖中主控芯片為STM32F103C8T6單片機，語音對話單元為ASR-PRO模塊，執行傳感器為180度SG90舵機，滿溢檢測單元為紅外激光測距檢測。

信號線連接:SG90(180度)舵機的信號腳橙色線接到單片機的PA6腳。ASR-PRO模塊接單片機的PB8,PB9引腳。紅外激光測距模塊接單片機的模擬IIC通訊引腳PB12,PB13以及PB7引腳。

2.控制原理

語音模塊交互原理：
語音交互模塊是一款集成了離線語音識別功能的模塊，用戶可以通過該模塊實現語音識別功能，外部加上麥克風與喇叭，就能實現語音識別與對話。

語音核心板固件程序可以通過 USB轉 TTL模塊連接實現硬件連接下載，接線是 5V,GND,TX,RX四根線。

使用語音模塊的開發軟件，天問 Block 編程軟件，制作好圖形化語音對話控制程序，下圖是語音交互程序，接收的語音命令是"打開垃圾桶"，“關閉垃圾桶”，生成模型后，點擊2M編譯下載，連接USB轉 TTL模塊就能實現對語音模塊進行固件程序下載。

舵機控制原理：
SG90舵機，首先，控制引腳是三根線，分別是GND(棕色)、VCC(紅色)、PWM(黃色)，控制方式也是一樣的PWM時序，具體的方法如下：

（1）采用PWM控制的方式來進行舵機的旋轉
（2）舵機的控制需要MCU產生一個20ms周期的脈沖信號，以0.5ms到2.5ms的高電平來控制舵機的角度。
（3）高電平時間跟舵機旋轉的角度對應關系:
0.5ms-------------0度；對應函數中占空比為2.5%
1.0ms------------45度；對應函數中占空比為5.0%
1.5ms------------90度；對應函數中占空比為7.5%
2.0ms-----------135度；對應函數中占空比為10.0%
2.5ms-----------180度；對應函數中占空比為12.5%

滿溢檢測原理：

通過紅外激光模塊裝在垃圾桶頂部區域，單片機通過IIC總線與紅外模塊進行通訊，讀取檢測到的距離值，紅外激光模塊通過光線的反射原理，用來測量障礙物的距離，如果障礙物的距離比較小，說明垃圾桶滿了。

三.實驗模型控制流程

1.語音交互模塊接收到"打開垃圾桶"的語音之后，語音模塊的PA4引腳就會輸出高電平。

2.單片機一直讀取PB9引腳，由于單片機的PB9跟語音模塊的PA4引腳是相連的，如果讀取到PB9引腳為高電平，單片機就會通過PA6引腳輸出20ms周期的PWM波。PWM波高電平脈沖時間為2.5ms，這樣舵機就會旋轉180度，從而帶動垃圾桶的蓋打開，垃圾桶保持打開狀態不變。單片機同時驅動紅外激光模塊測距，如果距離小于8CM，說明垃圾桶頂部被東西覆蓋，垃圾桶已經滿了，單片機就會控制PB8引腳輸出高電平，由于單片機的PB8引腳與語音模塊的PA1引腳是相連的，語音模塊的PA1引腳讀取到高電平之后，就會輸出"滿了滿了"的語音。

3.語音交互模塊接收到"關閉垃圾桶"的語音之后，語音模塊的PA4引腳就會輸出低電平，單片機一直讀取PB9引腳，由于單片機的PB9跟語音模塊的PA4引腳是相連的，如果為低電平，單片機通過PA6引腳輸出20ms周期。PWM波高電平脈沖時間為0.5ms，這樣舵機就回到0度，從而帶動垃圾桶的蓋閉合。

四.語音控制垃圾桶模型程序

板子與SG90舵機(180度舵機)用杜邦線連接：
板子5V----紅色線
板子A6----橙色線
板子G-----棕色線板子與紅外激光測距模塊用杜邦線連接：
板子3.3V----VIN
板子B12----SCL
板子B13----SDA
板子B7------XSHUT
板子G-------GND

USB線需要接小系統板，給STM32板子供5V, 板子與語音模塊直接相連，板載麥克風，板子再外接一個喇叭。

實物地址

打開STM32CubeMX軟件,新建工程

Part Number處輸入STM32F103C8，再雙擊就創建新的工程

配置下載口引腳

配置外部晶振引腳

配置系統主頻

PB8,PB12,PB13,PB7配置成輸出，PB9配置成輸入，而且是下拉輸入，因為要讀取語音模塊輸出的高電平信號。

配置PWM輸出，定時器3通道1，周期20ms

配置工程文件名，保存路徑，KEIL5工程輸出方式

生成工程

用Keil5打開工程

添加代碼

添加紅外激光代碼：

添加語音模塊輸出的高低電平控制舵機驅動代碼：

添加滿溢檢測代碼：

主要程序：

/* USER CODE BEGIN 0 */
uint16_t Pluse_Time=500,Old_Pluse_Time,DistanceTimeCounter,DistanceCounter;//1毫秒脈沖，單位是us
uint8_t OpenFlag;
uint8_t Vl53l0_FullFlag;//滿報警，連續檢測3次滿，認為滿了
/* 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腳PWM輸出{/* PWM generation Error */while(1);}HAL_Delay(200);//等待200ms//以180度角度伺服為例，那么對應的控制關系是這樣的（t為高電平時間）：//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高電平脈沖，用于控制舵機轉到0度HAL_TIM_PWM_Stop(&htim3, TIM_CHANNEL_1);//PWM停止輸出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腳PWM輸出{/* PWM generation Error */while(1);}HAL_Delay(200);//等待200msHAL_TIM_PWM_Stop(&htim3, TIM_CHANNEL_1);//PWM停止輸出	OpenFlag=0;//關閉vl53l0x_general_Init(&vl53l0x_dev,Default_Mode);//默認模式測試/* 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)//收到打開垃圾桶語音，進行打開垃圾桶動作{DistanceCounter=0;Pluse_Time=2500;HAL_TIM_PWM_Stop(&htim3, TIM_CHANNEL_1);//PWM停止輸出MX_TIM3_Init();//重新初始化配置PWM波if (HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK)//PA6腳PWM輸出{while(1);}HAL_Delay(1000);OpenFlag=1;}else if((HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_9) == 0)&& OpenFlag==1)//收到關閉垃圾桶語音，進行關閉垃圾桶動作{DistanceCounter=0;Pluse_Time=500;//0.5ms高電平脈沖，用于控制舵機轉到0度if(Old_Pluse_Time!=Pluse_Time){HAL_TIM_PWM_Stop(&htim3, TIM_CHANNEL_1);//PWM停止輸出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腳PWM輸出{/* PWM generation Error */while(1);}HAL_Delay(1000);//等待1000msOpenFlag=0;	}			}if(OpenFlag==1)//打開的時候做滿檢測{vl53l0x_general_Test(&vl53l0x_dev);if(Vl53l0_OK_Flag==1&& vl53l0x_data.RangeMilliMeter<=50)//檢測到有效距離，且距離小于5cm，說明滿了{Vl53l0_FullFlag++;if(Vl53l0_FullFlag>=3){HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_SET);//PB8輸出高電平，控制語音模塊輸出滿了滿了語音HAL_Delay(1000);//等待1000ms}}else{HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_RESET);//PB8輸出低電平，關閉滿了滿了的語音Vl53l0_FullFlag=0;}}Old_Pluse_Time=Pluse_Time;}/* USER CODE END 3 */
}

語音模塊是通過圖形化編程，用天問軟件，流程代碼如下：

五.實驗效果視頻

六.小結

融合了舵機，語音交互模塊，紅外激光測距的控制，對STM32的單片機的定時器PWM功能，定時器功能，IIC通訊有更深的了解。