基于單片機控制的智能語音垃圾分類系統

馮萬雷 劉耀龍 吳國峰 董莉霞

摘要：近幾年來，隨著習近平所提出的“綠水青山就是金山銀山”的重要理念，人們對于日常生活中的環保問題也因此越來越注重，綠色生活也從此成為人們生活中所踐行的標準。垃圾的分類處理作為提高我國居民生活質量的重要方式之一，成為當今社會生活中所要解決的嚴峻問題。為了實現我們在日常生活中垃圾分類更加的智能化、便捷化，我們設計了一種基于STM32F103C8T6單片機為主芯片的智能語音垃圾分類系統。通過HLK-V20芯片實現語音識別垃圾種類并控制SG90舵機轉動打開相應種類垃圾桶，以此來達到利用語音識別垃圾的種類，實現垃圾的智能分類的目的。既使得人們的生活更加的便利，又提高了人們生活中的垃圾分類意識。

關鍵詞：智能垃圾分類;STM32單片機;語音識別控制;垃圾處理

中圖分類號：TP311 ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）35-0110-02

Intelligent Voice Garbage Classification System Based on SCM Control

FENG Wan-lei， LIU Yao-long， WU Guo-feng， DONG Li-xia*

（College of Information Science and Technology， Gansu Agricultural University， Lanzhou 730070， China）

Abstract：In recent years， with the important concept of “green water and green mountains are golden mountains and silver mountains” put forward by President Xi Jinping， people have paid more and more attention to environmental protection issues in daily life， and green life has become a part of people's lives since then. ?The standards practiced. ?As one of the important ways to improve the quality of life of Chinese residents， the classification and treatment of garbage has become a serious problem to be solved in today's social life. ?In order to achieve more intelligent and convenient garbage classification in our daily life， we designed an intelligent voice garbage classification system based on the STM32F103C8T6 microcontroller as the main chip. ?The HLK-V20 chip realizes voice recognition of the type of garbage and controls the SG90 steering gear to turn to open the corresponding type of garbage can， so as to achieve the purpose of using voice to recognize the type of garbage and realize the purpose of intelligent classification of garbage. ?It not only makes people's lives more convenient， but also improves people's awareness of garbage classification in their lives.

Key words： intelligent garbage classification; STM32 single chip microcomputer; voice recognition control; garbage disposal

垃圾作為人類生活中的必然產物，千百年來一直伴隨著人類而存在。據不完全統計，我國居民每年排放的生活垃圾達4億噸，如何有效地處理好垃圾是我國面臨的嚴峻問題和巨大挑戰。近些年來，我國提倡可持續發展理念，對垃圾處理、荒漠改造加大整改力度，投入不少人力物力。另一方面，我國已經進入大數據信息化時代，智能化、自動化是現如今乃至以后科技發展的主要趨勢，越來越多的智能系統的出現改變了人們原有生活習慣，也大大地提高了人們工作的效率，尤其是國內智能小區[1]的迅猛發展，讓人們享受科技帶來便利的同時，意識到原來生活可以如此簡單。

為了將垃圾處理同智能系統結合起來，設計一款智能語音控制垃圾分類系統對環境保護和方便居民是非常有必要的，智能語音控制垃圾分類系統可以使居民在日常生活中更加智能便捷地分類生活中產生的垃圾，也大大減輕了垃圾清理人員的工作量，提高了垃圾處理效率，有著極高的使用價值。

1 總體設計

智能垃圾分類系統由STM32F103C8T6芯片[2]作為控制芯片，整個系統主要由麥克風、語音模塊、喇叭、舵機、藍牙模塊等若干組成。通過軟件層面可以做到各個模塊之間的相互配合，做到行人靠近垃圾桶并說出垃圾名字，系統就能自動分析垃圾種類，并找到相對應種類的垃圾桶，然后通過舵機轉動打開垃圾蓋，實現垃圾歸類的功能，系統的原理圖如圖1所示。

2 系統硬件設計

2.1 STM32單片機控制電路

在此系統中我們采用的是STM32F103C8T6單片機作為主控芯片，此主控芯片是基于ARM Cortex-M3 32位高性能內核[3]。其優點在于封裝體積小，接口豐富，而且算力不弱，除此之外，它還具有低功耗、低成本、簡單易用的優點。被廣泛用在電機驅動、應用控制、手持設備等方面。

2.2 語音模塊

我們采用的是HLK-V20芯片作為我們所設計的系統的語音模塊。它是一款純離線、高性能的語音模塊[4]，并且它還可以自己定義喚醒詞句、命令語句與應答播報語句。這款芯片所具有的優點是：它可以通過神經網絡對所接收到的音頻信號進行訓練學習，從而提高自身語音信號的識別能力[5]，除此之外，它還具有豐富的接口。其主要應用于智能家居，物聯網等需要語音操控的電子設備，它是應用最廣泛的語音識別模塊之一，系統的功能框圖如圖2所示。

2.3 HC-05藍牙模塊

為使此垃圾分類系統的操作方式不局限于語音識別一種，我們采用HC-05藍牙模塊[6]來實現手機app與智能垃圾桶之間的互聯。此HC-05藍牙模塊有著體積小巧，防塵美觀，功耗較低的優點，而且配有一個LED燈用來提醒用戶藍牙是否連接，其有效連接距離大概為10米，廣泛用于數據采集，智能小車等方面，完全滿足此系統需求。藍牙模塊引腳圖如圖3所示。

2.4 舵機

對于垃圾箱收到指令如何開啟閉合的問題，我們采用SG90舵機[7]，SG90舵機是由馬達、減速齒輪、控制電路等幾個部分組成，它有著響應速度快、扭矩大的優點，其開合范圍可以控制在0～180度之間。舵機引腳圖如圖4所示。

3 軟件設計

此分類系統的軟件層面主要包括：初始化、語音采集處理程序、垃圾分類程序、語音播報程序、舵機驅動程序等。首先進行系統初始化，然后語音識別模塊識別外界信息反饋給主控芯片，之后舵機收到主控芯片發來的指令轉動，對不同的垃圾種類，打開相應的垃圾桶蓋，最后如果垃圾桶裝滿，蜂鳴器報警，提醒清潔工清理垃圾，系統軟件的流程圖如圖5所示。

4 結語

目前隨著國內智能化設備的大力發展，智能垃圾分類系統必將在全國范圍內推廣，并且將會與各智能組件相互聯動，推動我國智能小區的建設和發展，另外，智能垃圾分類系統還將為人們生活習慣的大數據模型提供數據支持，為實現萬物互聯，建成智慧城市的目標添磚加瓦。

參考文獻：

[1] 邱義，郭一晶.物聯網時代的智能小區安防系統研究[J].中國房地產，2020（21）：76-79.

[2] 梅麗鳳.單片機原理及接口技術[M].北京：交通大學出版社，2018.

[3] 郭書軍.ARM CortexM3系統設計與實現——STM32基礎篇[M].北京：電子工業出版社，2018.

[4] 周海兵，胡方哲.語音識別控制系統[J].科技風，2019（14）：92.

[5] 柳若邊.深度學習語音識別技術實踐[M].北京：清華大學出版社，2019.

[6] 沈炎松.一種基于STM32的遠程無線智能家居控制系統[J].赤峰學院學報（自然科學版），2017，33（9）：15-17.

[7] 楊堯，王民鋼，閆杰.一種數字電動舵機的非線性PID控制算法研究[J].西北工業大學學報，2010，28（3）：323-326.

【通聯編輯：梁書】