基于樹莓派的智能垃圾分類桶設計

王雪 葉長青 杜雨洋

摘要：此設計針對當前社會對于垃圾分類行業需求，設計了一款以樹莓派（Raspberry Pi），microbit為主控實現信息交流傳輸，采用語音識別模塊，樹莓派原裝攝像頭（raspberry camera）作為外部環境信息獲取端，結合外圍電路及部分硬件的低成本，應用性高的智能語音垃圾分類桶。該桶通過對外圍環境垃圾名稱的語音分析或者攝像頭對垃圾圖像的識別，再通過舵機控制對應垃圾桶的開合而實現整個垃圾分類的過程。

關鍵詞：垃圾分類;樹莓派;microbit;語音識別;圖像分類

中圖分類號：TP18? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）25-0114-02

Abstract：In view of current social demand for garbage classification industry， this paper Designs a Raspberry Pi， Microbit as the main control to achieve information exchange and transmission， using speech recognition module， Raspberry Pi original camera as the external environment information acquisition end， combined with the peripheral circuit and some hardware of low cost， high application of intelligent voice garbage sorting bucket.The bucket identifies the right garbage type through the voice analysis of the garbage name in the peripheral environment or the adoption of the garbage image by the camera， and then realizes the whole garbage sorting process by controlling the opening and closing of the corresponding garbage cans through the steering gear

Key words：garbage classification;raspberry pi; microbit; automatic speech recognition; image classification

1? 引言

隨著我國社會經濟的提高和人們生活水平的不斷改善，人們的追求不再停留于當前的物質需求而要尋求長遠的可持續的發展，從而衍生出垃圾分類等一系列的綠色產業鏈需求，但在我國垃圾分類尚處于起步階段，群眾的思想意識還不是很強，大體上并不能構成標準化科學化的垃圾分類，因此垃圾分類需始于設計。

設計采用了樹莓派、microbit為主控;結合了串口傳輸技術、百度云圖像分類技術SDK以及計算機技術，設計了一款具備可選擇語音識別分類模式和圖像識別分類模式的垃圾分類桶[1]。

2 系統方案設計

語音智能垃圾分類的總體設計框圖如圖1所示。在本設計中主要包含語音識別模塊和圖像識別模塊兩個部分。語音識別模塊以microbit為主控板，以語音識別模塊為媒介獲取外接垃圾名稱的語音信息及時分析處理，控制對應舵機開合并調用MP3模塊儲存的聲源信息進行反饋出對應垃圾名稱;圖像識別模塊以樹莓派為主控板，以樹莓派3B+攝像頭采集外界環境垃圾圖像為反饋端，主板調用百度云識別庫進行信息處理分析對應垃圾種類，在控制對應舵機開合完成分類。

3 系統硬件模塊設計

3.1語音識別分類模塊

語音識別模塊主要通過USB設置器連接電腦端對其內容進行初始化和燒錄入相應的垃圾識別名稱，在其啟動時獲取環境音與模塊內的垃圾名稱發音對照[2]。輸入垃圾名稱命令每類可燒錄255條，滿足家庭日常垃圾分類需求。

按鍵模塊有滑動按鍵和按鈕按鍵，滑動按鍵用于切換語音識別模式，是為喚醒詞模式或按鍵輸入模式，喚醒模式通過規定漢字發音喚醒后再進行垃圾識別的音標對照，按鍵模式通過按下按鍵同時說出垃圾名稱進行音標對照。按鍵模式都是為了避免機器長期工作外界噪音對其識別干擾。

對MP3模塊進行錄入垃圾名稱的音頻，在實現垃圾名稱識別后進行調用MP3中的音頻小音箱進行播報實現語音信息反饋[3]。

Microbit擴展板主要是為各個硬件之間提供信息交流的中介連接器件，主要提供I/O口，上電電路端，和數據傳輸接口。

Microbit是語音識別分類模塊的主控，可通過在線式網絡圖形編程聯絡相應器件之間的信息交流，該硬件具有可靠性高，耐用性強，功耗低，價格優廉易上手的特點。

3.2圖像識別分類模塊

樹莓派3B+是圖像識別分類模塊的主控，該硬件模塊系統是基于Linux的開放源代碼的硬件平臺，外設8xGPIO、UART、I2C、帶兩個選擇的SPI總線，+3.3V，+5V，ground（負極），被美譽為信用卡片式電腦。該樹莓派主要用于連接microbit進行數據交流[4]。

樹莓派原裝攝像頭通過樹莓派命令行啟用、調用和設置分辨率，圖像識別原理主要通過樹莓派調用百度云圖像分類SDK與攝像頭采集圖像對比，數據分析相似度達到某個閾值得出識別結果信號傳回樹莓派控制microbit相應舵機開合實現分類。