基于語音控制的智能分類垃圾桶的設計

張洪源 楊佩

摘要：提出了一種具有語音識別功能的智能分類垃圾桶的設計方案，當用戶想要扔垃圾時，只要一聲令下，垃圾桶就會“隨叫隨到”快速準確地到達身邊，而且只要說出所扔垃圾的名稱，相應類別的垃圾筒蓋就會自動打開。另外，對傳統垃圾桶存在的難以移動，堵墻角過道，操控不便，垃圾分類不便捷等問題，都可以通過所設計的智能垃圾桶來完美解決。由于本作品具有上述優點，其在未來智能家居市場中必將會有很廣闊的實用前景。

關鍵詞：語音識別;人工智能;垃圾分類;智能家居

中圖分類號：TP311? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）23-0148-02

1 研究目的及意義

自2020年新冠肺炎疫情爆發以來，廣大居民積極響應國家號召，主動宅在家中，開始居家防疫。因此許多人的生活、學習、工作模式也發生了巨大改變，而居家生活、居家學習、居家辦公導致每天產生的生活垃圾劇增，特別是那些需要居家隔離的居民，他們每天所產生的生活垃圾，令人擔憂[1]。因此，嚴格做好垃圾分類工作，也是疫情防控工作中非常重要的一個環節。搞好垃圾分類，就是為這場疫情防控阻擊戰貢獻力量。疫情期間，居民所產生的生活垃圾種類繁多，特別是使用過的醫療廢棄物，如口罩、一次性手套、護目鏡等，上面還可能沾染大量的細菌、病毒。所以我們應將其標注為特殊有害垃圾，投放至專用箱。在掀垃圾桶蓋時，最好戴一次性手套。而出現發熱癥狀和正在居家隔離的家庭，他們所產生的所有生活垃圾應嚴格進行分類、密封、消殺、投放，以避免形成交叉感染。

為此，本項目提出了具有語音識別功能的智能分類垃圾桶設計方案，當用戶想要扔垃圾時，只要一聲令下，垃圾桶就會“隨叫隨到”快速準確地到達身邊，而且只要說出所扔垃圾的名稱，相應類別的垃圾筒蓋就會自動打開。另外，對傳統垃圾桶存在的難以移動，堵墻角過道，操控不便，垃圾分類不便捷等問題，都可以通過本項目設計的智能垃圾桶來完美解決[2]。

2 系統設計總體方案

基于“語音名稱識別”和“垃圾分類推廣”兩大目標，該智能分類垃圾桶主要實現語音識別、機械控制、遠程通信以及外觀設計這五大功能。其工作流程如圖1所示。當用戶想扔垃圾時只要一聲令下，垃圾桶通過語音識別系統就會“隨叫隨到”快速準確地到達身邊，當用戶向垃圾桶口述完垃圾名稱后，垃圾桶通過語音識別系統識別所扔垃圾名稱。識別成功后，垃圾桶進行匹配，相應類別的垃圾筒蓋就會通過機械控制自動打開，用戶即可完成垃圾的分類和投放。投放結束后，垃圾桶蓋通過機械控制自動閉合。

3 硬件設計

3.1 主控模塊設計

主控芯片為產品的控制中心，是聯系各個設備之間的橋梁，也是控制設備運作的大腦，因此當要選擇一款好的芯片時，需從功能、占用資源等多個方面進行評比。STC89C52微型控制器是一款CMOS 8位的單片機，它的優點包括：功耗低、體積小、計算速度快以及價格便宜等方面。該款單片機微型控制器的中央處理器CPU的數據處理寬度為8位，具有8K字節空間的在線可編程閃存Flash。上述優點使得該單片機能夠較好地應用于對計算速度要求不高的一般控制系統，相比于國外生產的高端單片機芯片，它提供了高性價的工業/民用產品的控制器解決方案。STC89C52單片機的主要性能參數包括：8K字節的可編程flash閃存，512字節的存儲器RAM，1個復位電路，3個16位的定時計數器，包含6個向量的2級中斷系統以及1個全雙工串行通信端口。其運行狀態下的電壓區間范圍較廣，一般維持在2.7V～6V，低至3-4V時也可正常工作，這也是其穩定性的表現。經過以上的對比和總結， 系統的主控模塊選擇STC單片機。

3.2 舵機驅動模塊設計

舵機驅動模塊的主要設計目的是控制舵機的轉動。其工作原理是將控制信號輸入調制芯片，并獲得偏置電壓，將其余電位器電壓進行比較即可獲得電壓差輸出，最后電壓差政府輸出到電機驅動芯片實現電機正反轉的控制。當電機轉速恒定時，通過減速齒輪帶動電位器轉動，且當兩者電壓差輸出為0時電機停轉動，本設計利用單片P14口實現旋轉角度控制，其電路原理圖如下：

3.3 語音模塊設計

本設計我們采用LD3320為語音模塊中的芯片，語音模塊通過語音識別得到需要的控制指令。LD3320芯片語音識別口令處理過程如下圖所示。

3.4 電源模塊設計

本次設計我們將采用LM2940作為電源主要模塊，并在其中連接一穩壓器，目的是將電壓穩壓成5V，穩壓后再通過電容進行濾波，原理圖如下所示。

4 軟件仿真

本系統是基于Keilu Vision4環境下進行仿真，該軟件主要針對C語言進行開發，使用C語言不但整體結構強，而且程序的可讀性也比較好。Keilu Vision4軟件內部具有非常豐富的函數庫，使用者可以隨時進行調用，并且編譯程序效率高，其系統也具有很好的兼容性。

仿真過程：

1） 在新建文件時選擇STC89C52;

2） 點擊project，選擇New project，并File save為.c文件;

3） 將.c文件添加到source group 1中;

4） 編寫好程序后，建立Hex文件，隨后進行編譯;

5）程序顯示沒有錯誤后，進行燒寫。

5 結論

本文設計開發了一種具有語音識別功能的智能分類垃圾桶，詳細介紹了其各個模塊的組成結構及設計原理，并給出了相應的軟硬件仿真方法及調試結果。

本文設計的語音識別智能垃圾桶可以將垃圾智能分類，實現垃圾桶位置語音控制，垃圾類別語音識別等智能化功能。隨著時代的發展，本設計將具備較好的應用前景。

參考文獻：

[1] 張益.垃圾分類的現狀和進路[J].團結，2017（5）：24-27.

[2] 陳子恒，周志成，王夢帥.智能分類垃圾桶的設計與實現[J].機電信息，2017（9）：100-101.

【通聯編輯：梁書】