家用智能语音垃圾箱的设计与应用

党誉豪　王廷军　张贯尧　袁冰磊　张梦晨

摘要：随着垃圾分类的普及，人们希望能够有一种简单、轻松的垃圾分类装置。为此，设计了一种智能语音控制垃圾箱，由垃圾放入装置、语音识别系统、推杆电机推动垃圾分类装置、垃圾存储装置、垃圾容积检测系统、垃圾消毒系统等组成，采用语音识别垃圾的类别，通过推杆电机推动将垃圾放入相应的垃圾箱内对应储存室，智能语音分类是使用者不需要专业的垃圾分类知识，就能够做到了自动进行垃圾精准分类，实现家庭、小区、单位等的垃圾精确分类回收。具有操作简单，容错率高的特点，使人们对垃圾分类掌握不准确的问题得以解决。

关键词：智能语音垃圾箱;语音识别;垃圾自动精准分类;精确回收

目前，随着生态文明建设和人们环保意识的增强，人们对环保的重视程度也越来越高。环保是一个永恒的话题，需要我们做的地方还有很多，家庭垃圾分类这件事大家每天都在做，就会逐渐培养好的垃圾分类习惯，更好地增强我们的环保意识。由于国内垃圾分类开始细化，一些垃圾的分类对于一般人来说很头疼，虽然知道一些简单垃圾的分类，但难以做到全面、细化的掌握，并且对大部分上班族无心记这些东西明细，这样就会导致分类错误、环保压力加大等一些问题。

目前，“垃圾分类”存在的问题主要在于：怎样使垃圾分类的标准统一化并且采取统一奖惩制度;怎样引导相关部门进行垃圾分类宣传;怎样使居民垃圾分类的意识提高，让他们愿意进行垃圾分类;怎样使垃圾分类设备更加全面，使设备技术较得到提升。其中最后一条正是需要研究的一个难题。

解决以上问题可以采用的方法较多，比如，需要国家政策引导与财政支持，让分类垃圾箱能够更加便捷、快速，让人们觉得垃圾分类不再变得烦琐和复杂。这也就要求要投入大量财力和人力进行研究如何进行分类垃圾箱的创新，让扔垃圾更便捷。比如需要解决分类垃圾箱的清洁与环保问题让人们不再对垃圾箱感到厌恶;需要提升生活垃圾的二次利用的技术，提高垃圾资源的可循环利用率等。

本文研究的“家用智能语音垃圾箱”，具有语音模块装置，利用语音识别大数据库，只要说出投入垃圾箱的垃圾名称（比如苹果核、瓜子壳等），无须说出其垃圾类型，垃圾箱就会自动分类垃圾类型，并对应存储，相比于一般的分类垃圾箱更能体现出“智能分类”这个思想。有利于让一些环保意识薄弱的人也养成垃圾分类的习惯，也会让大家更愿意、更便利地进行家庭垃圾分类[1]。

1 垃圾箱的发展前景及现状

1.1 发展前景

人民的生活正在日益变得更好，以至于越来越多的人注重生活的质量，对于环境问题也是越来越注重，当然生活垃圾是生活中不可忽视的问题，这也就推出了垃圾分类的新课题。在智能语音分类垃圾箱没有出现前，家中垃圾桶乃至于路边的垃圾桶都是随意丢弃，导致了垃圾桶经常散发臭味，垃圾房环境脏乱差等情况。为解决这些情况许多城市设置相应的试点智能分类垃圾箱。不仅如此，政府及社区可以进行积极大力地宣传和实践进行垃圾分类。其次，生活垃圾资源丰富，可利用资源空间价值大。随着智能产品逐渐出现在人们的视野中，几乎智能产品随处可见，正因如此垃圾桶也需要進行技术的创新和改革，语音识别分类垃圾桶是智能化生活的一个新领域，基于垃圾分类和保护环境的发展。由于垃圾分类进行的如火如荼和大家对于环保意识的逐渐增强，语音识别垃圾箱不管是对于家庭还是任何地方需求肯定也会越来越大，其他行业也会随着语音识别垃圾箱的需求扩大而扩大，因此语音识别垃圾箱的市场前景非常广阔。[2]

1.2 现状

垃圾箱是我们生活中丢弃垃圾的容器，间接地反映着社会文化的程度。人民生活水平的提高也使得我们周围的生活垃圾越来越多，这样就会导致有时候来不及清理垃圾桶而使得垃圾桶周围变得脏乱差，会让后面的人也跟着随意丢弃，如此恶性循环，从而让人们更加不注重垃圾的分类和处理。目前国内研发的智能分类垃圾桶有无须触碰的，有杀菌功能的，有通过手机软件控制的，有自动散味功能的。而我们此次研究语音识别智能垃圾桶，只要对着垃圾桶说出想要扔掉的垃圾，由语音模块进行识别并将其分类扔到不同的桶内，让人们更加便捷地扔垃圾，不用思考是什么类型的垃圾。[3]

本文设计了一种适合家用的、能够对垃圾通过语音识别自动精准分类的智能语音垃圾箱。

2 总体设计

2.1 智能语音垃圾箱的工作原理

智能语音垃圾箱主要由垃圾放入装置、语音识别系统、推杆电机推动垃圾分类装置、垃圾存储装置、垃圾容积检测系统、垃圾消毒系统组成。使用者讲出垃圾的类型，从而进行语音识别然后相应垃圾箱单元通过推杆电机推动垃圾分类装置开盖进而垃圾掉入相应的垃圾箱单元里。垃圾箱单元开盖由小型推杆电机推动垃圾分类装置驱动，通过单片机控制各个垃圾箱单元，保证装置运作的准确性。

2.2 智能语音垃圾箱的总体结构

智能语音垃圾箱的结构示意图如图1所示，主要零部件包括紫外线杀菌装置、桶体、推杆电机、垃圾托盘、LED显示屏、红外线感应装置、桶口、桶盖、红外线感应装置、转轴、垃圾箱单元、垃圾箱底座等。

1.紫外线杀菌装置 2.桶体 3.推杆电机 4.垃圾托盘 5LED显示屏 6.红外线感应装置2 7.桶口 8.桶盖 9.红外线感应装置2 10.转轴 11.垃圾箱单元 12.垃圾箱底座

两组红外线感应装置分别用于检测人的靠近、用于检测垃圾箱是否装满。桶盖具有自动打开功能。当人们靠近垃圾箱一定距离时，红外线识别装置识别后，桶盖自动打开，人们把垃圾投放至桶体后，桶盖再自动关闭。

桶盖打开后，人们把生活垃圾放入桶中，桶盖随即在分出垃圾类别前，垃圾暂存于四个挡板中间，在人们说出垃圾名称后，语音识别装置根据已有数据分辨出垃圾类别，信息传递到单片机后，使控制此垃圾对应类别小桶上方挡板的推杆电机断电，对应小桶打开，垃圾掉入对应小桶。垃圾分类完成后，小型推杆电机推杆再次通电，使挡板恢复，等待下一次投放垃圾。

每个小桶内的紫外线杀菌装置定期进行桶内杀菌，具有垃圾容量检测及垃圾清理功能。当小桶内垃圾快满的时候，红外线装置检测出垃圾容量并把数据传入LED屏，显示出垃圾容量，提醒人们清理垃圾。

3 结构设计与分析

3.1 智能语音垃圾箱语音识别

通过智能语音识别，人们对该智能语音垃圾箱说出所扔垃圾的名称，则可以通过垃圾名称分辨其垃圾种类，然后将垃圾掉入相应的垃圾箱单元中，垃圾得到准确的分类。

3.2 智能语音垃圾箱箱盖小型推杆电机推动

每个對应垃圾箱的垃圾箱单元都有一个盖子，相应垃圾掉入通过语音识别后，相应的垃圾箱单元的盖子会通过小型推杆电机推动垃圾分类装置断电脱磁然后垃圾会掉入相应的垃圾箱单元中，垃圾则得到准确的分类。

3.3 垃圾箱体局部

3.3.1 垃圾箱结构设计

智能语音垃圾箱的结构示意图如图2所示，下方的四个方形卡槽分别放干垃圾，湿垃圾，可回收垃圾，有害垃圾四个垃圾箱单元，如上述所讲四个垃圾箱单元分别放在下面的四个卡槽当中，上面的垃圾识别后，通过小型推杆电机推杆推拉上方的半漏斗形状的小盖子来控制盖子的开闭，进而实现垃圾掉入相应的下面的垃圾箱小单元中，实现垃圾分类。

垃圾箱上面具有类似半漏斗形状则为垃圾分离装置，主要负责垃圾投入到该装置里面后，通过使用者的语音识别出垃圾的种类，进而利用小型推杆电机推杆选择打开相应的盖子，然后垃圾掉入下面相应的垃圾箱中，垃圾分类完成。

3.3.2 智能语音垃圾箱垃圾箱桶盖

智能语音垃圾箱的桶盖如图3所示，对于该智能语音垃圾箱的桶盖，由于对于桶身的结构并不能放太多的控制等结构，并且桶身还需要将垃圾箱单元拿出来倒垃圾等问题，为了方便垃圾箱单元的拿出等一些问题，将控制等方面的各种装置设备放在智能语音垃圾箱的桶盖里面，垃圾箱盖上面的孔为扔垃圾手伸入的地方。

4 智能语音垃圾箱控制流程图

智能语音垃圾箱的工作流程图如图4所示：

5 系统的特点

5.1 语音控制

该智能语音垃圾箱为家用的垃圾箱，目前只能实现家中垃圾的分类，避免出现扔垃圾排队，以及室外声音嘈杂影响语音识别等现象，在家中说出特定语音或按下开关即可使用。

5.2 智能识别

该垃圾箱通过语音的识别将语音信号转化为电信号进而实现对垃圾的识别。

5.3 推杆电机推动垃圾分类自动分类储存

垃圾掉到垃圾箱单元上时，相应位置的小型推杆电机推动垃圾分类装置会脱电，然后垃圾则将会掉入相应的垃圾箱单元中，此种结构简单、可靠。

6 结语

目前，随着人们生活水平的提高和人们环保意识的增强，在垃圾分类这一方面，由于人们以前并不能很好地进行垃圾分类，对环境保护造成了一定的负担，该智能语音分类垃圾箱将能为人们垃圾分类减轻负担。为了守护我们美好的家园，通过对智能语音分类垃圾箱不断完善和改进，智能垃圾箱将会普及到每个人家中。

参考文献：

[1]蒋宇，何其鑫.关于当前“垃圾分类”面临的难题、解决措施等问题的探究[J].山西青年，20207（下）：6970.

[2]戴一诺，何其鑫.智能检测垃圾箱未来前景探究[J].青年与社会，20205（中）：151.

[3]赖泽长，郑锦辉，李兵.一种智能环卫垃圾箱的设计及其应用[J].电脑知识与技术，2017，13（6）：207.

[4]杨家军，张卫国.机械设计基础[M].华中科技大学出版社，2003.

[5]成大先.机械设计手册[M].化学工业出版社，2016.