環保智能分類垃圾桶的設計

薛欣愿 毛威 白園

摘要：該文利用單片機技術研究一種垃圾分類系統，使人們知道垃圾應當如何歸類，也從強制的手段提醒人們分類垃圾。在單片機識別到垃圾種類之后，可以通過語音輸出模塊提醒垃圾是哪一種垃圾，同時可以有單片機控制幾號垃圾桶打開，用戶可以將垃圾放進垃圾桶內完成垃圾的智能分類，最終實現垃圾的智能分類，達到保護和凈化環境的作用。

關鍵詞：智能分類;垃圾回收;單片機

中圖分類號：TP3? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）28-0135-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 引言

現代社會，人類產生的垃圾也越來越多樣化，很多垃圾里還添加著化學成分或一些有害物質，如果所有種類的垃圾都堆放到一起會產生更多的有害物質也會增加人們因此生病的概率，哪怕是通過填埋處理也很難保證有害物質不會滲出，就算一時不會有問題通過長年累月的堆積也會影響到土質污染到水源影響后代的生活，所以垃圾分類是處理垃圾公害的最佳解決方法。垃圾分類也是一個大工程，如果只靠環衛工人是做不到的，要讓每一個扔垃圾的人都有垃圾分類的意識。讓垃圾回收、處理和利用更具有高效性是城市垃圾分類回收處理的特點，最大限度地降低城市產生的垃圾給城市造成二次垃圾污染。城市垃圾分類收集后可以將有利用價值的垃圾進行、回收，實現資源的二次利用。在垃圾的處理中能夠生產出有價值的產品和可利用的能源，如垃圾焚燒能產生熱能，廢品回收能產生新的產品等[1-2]。總之，城市垃圾分類回收與處理對城市經濟發展，環境保護具有十分重要的意義。

垃圾桶是人類生活中必不可少的必需品，在居民生活中，餐飲行業中也顯得尤為重要。同時隨著人們的環保意識的提高，垃圾桶的種類也越來越豐富，智能垃圾桶成為人們最方便使用的種類。目前帶蓋的垃圾桶開蓋時需要手動或腳踩的方式，這種方式既不衛生也不方便，由于垃圾分類是近幾年提出的，有些人不重視垃圾的種類，也分不清垃圾種類，就隨手亂扔，加大了處理垃圾的困難程度。因此本產品符合市場需求，可以進行自主分類，不再需要人們花費時間去整理垃圾種類。對于較多較大的垃圾，機械臂的力量也會大于人工的力量，這也為人們的生活提供了不少便利[3]。

本產品還可以將垃圾分類收集后，把有利用價值的垃圾進行、回收，實現資源的二次利用，也讓垃圾也變得更有意義。智能垃圾桶的出現，就是為了大家可以擁有更好的生活質量，更方便的生活方式，同時也能保護環境。

2 系統硬件設計

本設計主要是利用固高 GTC-NC600-03 運動控制器和在OtoStudio環境下開發人機交互界面的垃圾分類回收系統，同時通過機械臂和夾持裝置的加持，實現垃圾的回收和處理，最大限度地降低城市產生的垃圾給城市造成二次垃圾污染，設備主要由垃圾箱組件、機械臂組件、夾持組件等組成，系統總體結構圖如圖1所示[4]。

2.1紅外線檢測設計

垃圾桶內壁填充一層活性炭纖維主要用于凈化桶內空氣，吸附垃圾的臭味，防止空氣污染。在垃圾桶的集成電路上，方便垃圾分類。垃圾桶頂部安裝太陽能電池板維持垃圾桶用電，每個類型的垃圾桶口都使用紅外線指示燈探測，垃圾桶未滿是顯示綠色，垃圾桶已滿指示燈變為紅色。垃圾桶紅外線感應蓋如圖2所示。

2.2顯示電路設計

垃圾桶已滿時通過使用固高 GUS 控制器驅動步進電機，使其機械臂工作，然后將掛載在機械臂末端的夾持機構通過三個步進電機聯動運送至路面垃圾桶上方，使其與垃圾桶上方的夾持配合處接觸，然后控制器輸出 I/O 信號，夾持機構上的電機驅動機械爪閉合抓取垃圾桶接觸裝置，機械臂三個步進電機再次聯動，將夾持住的垃圾箱提升出地面，運送至車載垃圾廂上方，同時控制器輸出 I/O 信號，通過電磁閥控制氣缸打開垃圾傾倒門，機械臂將垃圾桶放入車載垃圾箱垃圾傾倒門內，使垃圾桶與垃圾箱內的頂針接觸，解除垃圾桶的自鎖連桿，垃圾桶底面的門在二連桿機構的作用下打開，將垃圾桶內的垃圾通過底門倒入車載垃圾箱內，然后機械臂再次三軸聯動，將垃圾桶送回底面坑井內，垃圾桶底門連桿機構與坑道內底面接觸后，自動關閉底門并鎖定，控制器輸出 I/O 信號，夾持機構上的電機驅動機械爪松開，機械臂三個步進電機聯動，使機械臂回到初始位置，控制器輸出 I/O 信號，通過電磁閥控制氣缸驅動垃圾箱內的壓縮機構，將垃圾向尾部壓縮，需要將垃圾倒出的時候，控制器輸出 I/O 信號，通過電磁閥控制氣缸驅動垃圾箱后部的尾門打開，控制器再次輸出 I/O 信號，通過電磁閥控制氣缸驅動垃圾箱內的壓縮機構，將車載垃圾箱內的垃圾推至垃圾箱尾部，將垃圾箱內的垃圾推離箱體[5-6]。如圖3為顯示電路設計圖。

2.3語音識別模塊設計

垃圾智能識別分類系統的設計語音識別模塊實現、語言采集、信息及數據轉化、噪音去除、數據檢索、讀出語音、識別結果。

如圖4是語音識別模塊的電路圖，這兩個電源供電端口之外，是通過兩個通訊端口與固高GUS控制器進行通訊。該模塊上其中的一個咪頭可以作為語音的輸入，將語音轉換為電信號，電信號會在語音識別模塊中進行，確定語音的內容，將內容通過電信號的方式傳輸到固高GUS控制器中，由固高GUS控制器確定，應當以何種指令反饋，這就是一種語音模塊與固高GUS控制器的通訊功能的實現[7]。

3 軟件設計

1）實施4對主系統的開機檢測和初始化的操作。

2）實行控制面板的通訊，分析上控板所發出的命令。

3）語音傳感器檢測操縱要依據設置控制的命令，命令主要對于不同電機的開始于關閉控制。

4）通過采取語音傳感器的工作狀況，采集語音信息并且識別。

5）當系統計算數據的情況下，可以實現有可回收垃圾、廚余垃圾、有害垃圾和其他垃圾四種識別和對應的垃圾桶開啟和關閉工作。

如圖5所示是智能垃圾分類工作流程圖，在正式開始之前，開始初始化所有的模塊啟動定時器，定時器是否產生中斷，如產生中斷，則啟動語音模塊，語音模塊共有兩級語音識別，是為了防止模塊在嘈雜的環境中出現無判斷的問題，在喊出一級指令之后，語音模塊識別此指令，在對應輸入二級指令，對二級指令中的垃圾內容進行判斷，判斷該垃圾屬于哪一類，由單片機處理之后輸出語音，并且判斷應當打開哪個垃圾桶，如果該垃圾為可回收垃圾，則輸出語音為可回收垃圾，同時控制舵機打開垃圾桶，在一定時間之后關上垃圾桶，如果通過語音識別判斷為廚余垃圾，就會打開廚余垃圾桶一段時間之后關上垃圾桶，如果通過判斷出語音內容為有害垃圾，就會打開有害垃圾的垃圾桶一段時間之后關上垃圾桶，如果通過判斷為其他垃圾，則打開其他垃圾垃圾桶，在一段時間之內關上垃圾桶，程序結束[8-9]。

部分代碼如下：

{

u32 temp;

SysTick->LOAD=nus*fac_us;? ? ? //時間加載

SysTick->VAL=0x00;? ? ? ? ? ? ?//清空計數器

SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ; //開始倒數

do

{

temp=SysTick->CTRL;

}while（（temp&0x01）&&！（temp&（1<<16）））;? //等待時間到達

SysTick->CTRL&=～SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //關閉計數器

SysTick->VAL =0X00;? ? ? ? ? ? //清空計數器

}

4 總結

本文基于固高GUS控制器上對目前垃圾分類回收的發展做了詳細的分析，指出了本文的研究意義。并詳細介紹了本系統的主要功能，并通過測試實現了語音識別模塊，紅外線檢測模塊等，各種模塊互相配合，簡單易操作，從而實現了智能垃圾桶的分類。

通過本系統，可以發現城市環境有了明顯的改變，人們不再因為垃圾分類從而浪費大量時間，提高了效率，利于發展。

參考文獻：

[1] 周宇輝，何志琴，胡娟，等.基于OpenMV垃圾分類的智能垃圾桶系統設計[J].智能計算機與應用，2020，10（5）：71-75.

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[8] 吳杭，趙川東，吳成玉，等.語音控制智能分類垃圾桶的設計與實現[J].安徽電子信息職業技術學院學報，2020，19（6）：20-23.

[9] 張藝藍，金紅.基于語音系統的垃圾分類控制裝置的設計[J].電子技術與軟件工程，2020（10）：66-68.

【通聯編輯：朱寶貴】