基于语音控制的智能分类垃圾桶的设计

张洪源 杨佩

摘要：提出了一种具有语音识别功能的智能分类垃圾桶的设计方案，当用户想要扔垃圾时，只要一声令下，垃圾桶就会“随叫随到”快速准确地到达身边，而且只要说出所扔垃圾的名称，相应类别的垃圾筒盖就会自动打开。另外，对传统垃圾桶存在的难以移动，堵墙角过道，操控不便，垃圾分类不便捷等问题，都可以通过所设计的智能垃圾桶来完美解决。由于本作品具有上述优点，其在未来智能家居市场中必将会有很广阔的实用前景。

关键词：语音识别;人工智能;垃圾分类;智能家居

中图分类号：TP311     文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）23-0148-02

1 研究目的及意义

自2020年新冠肺炎疫情爆发以来，广大居民积极响应国家号召，主动宅在家中，开始居家防疫。因此许多人的生活、学习、工作模式也发生了巨大改变，而居家生活、居家学习、居家办公导致每天产生的生活垃圾剧增，特别是那些需要居家隔离的居民，他们每天所产生的生活垃圾，令人担忧[1]。因此，严格做好垃圾分类工作，也是疫情防控工作中非常重要的一个环节。搞好垃圾分类，就是为这场疫情防控阻击战贡献力量。疫情期间，居民所产生的生活垃圾种类繁多，特别是使用过的医疗废弃物，如口罩、一次性手套、护目镜等，上面还可能沾染大量的细菌、病毒。所以我们应将其标注为特殊有害垃圾，投放至专用箱。在掀垃圾桶盖时，最好戴一次性手套。而出现发热症状和正在居家隔离的家庭，他们所产生的所有生活垃圾应严格进行分类、密封、消杀、投放，以避免形成交叉感染。

为此，本项目提出了具有语音识别功能的智能分类垃圾桶设计方案，当用户想要扔垃圾时，只要一声令下，垃圾桶就会“随叫随到”快速准确地到达身边，而且只要说出所扔垃圾的名称，相应类别的垃圾筒盖就会自动打开。另外，对传统垃圾桶存在的难以移动，堵墙角过道，操控不便，垃圾分类不便捷等问题，都可以通过本项目设计的智能垃圾桶来完美解决[2]。

2 系统设计总体方案

基于“语音名称识别”和“垃圾分类推广”两大目标，该智能分类垃圾桶主要实现语音识别、机械控制、远程通信以及外观设计这五大功能。其工作流程如图1所示。当用户想扔垃圾时只要一声令下，垃圾桶通过语音识别系统就会“随叫随到”快速准确地到达身边，当用户向垃圾桶口述完垃圾名称后，垃圾桶通过语音识别系统识别所扔垃圾名称。识别成功后，垃圾桶进行匹配，相应类别的垃圾筒盖就会通过机械控制自动打开，用户即可完成垃圾的分类和投放。投放结束后，垃圾桶盖通过机械控制自动闭合。

3 硬件设计

3.1 主控模块设计

主控芯片为产品的控制中心，是联系各个设备之间的桥梁，也是控制设备运作的大脑，因此当要选择一款好的芯片时，需从功能、占用资源等多个方面进行评比。STC89C52微型控制器是一款CMOS 8位的单片机，它的优点包括：功耗低、体积小、计算速度快以及价格便宜等方面。该款单片机微型控制器的中央处理器CPU的数据处理宽度为8位，具有8K字节空间的在线可编程闪存Flash。上述优点使得该单片机能够较好地应用于对计算速度要求不高的一般控制系统，相比于国外生产的高端单片机芯片，它提供了高性价的工业/民用产品的控制器解决方案。STC89C52单片机的主要性能参数包括：8K字节的可编程flash闪存，512字节的存储器RAM，1个复位电路，3个16位的定时计数器，包含6个向量的2级中断系统以及1个全双工串行通信端口。其运行狀态下的电压区间范围较广，一般维持在2.7V～6V，低至3-4V时也可正常工作，这也是其稳定性的表现。经过以上的对比和总结， 系统的主控模块选择STC单片机。

3.2 舵机驱动模块设计

舵机驱动模块的主要设计目的是控制舵机的转动。其工作原理是将控制信号输入调制芯片，并获得偏置电压，将其余电位器电压进行比较即可获得电压差输出，最后电压差政府输出到电机驱动芯片实现电机正反转的控制。当电机转速恒定时，通过减速齿轮带动电位器转动，且当两者电压差输出为0时电机停转动，本设计利用单片P14口实现旋转角度控制，其电路原理图如下：

3.3 语音模块设计

本设计我们采用LD3320为语音模块中的芯片，语音模块通过语音识别得到需要的控制指令。LD3320芯片语音识别口令处理过程如下图所示。

3.4 电源模块设计

本次设计我们将采用LM2940作为电源主要模块，并在其中连接一稳压器，目的是将电压稳压成5V，稳压后再通过电容进行滤波，原理图如下所示。

4 软件仿真

本系统是基于Keilu Vision4环境下进行仿真，该软件主要针对C语言进行开发，使用C语言不但整体结构强，而且程序的可读性也比较好。Keilu Vision4软件内部具有非常丰富的函数库，使用者可以随时进行调用，并且编译程序效率高，其系统也具有很好的兼容性。

仿真过程：

1） 在新建文件时选择STC89C52;

2） 点击project，选择New project，并File save为.c文件;

3） 将.c文件添加到source group 1中;

4） 编写好程序后，建立Hex文件，随后进行编译;

5）程序显示没有错误后，进行烧写。

5 结论

本文设计开发了一种具有语音识别功能的智能分类垃圾桶，详细介绍了其各个模块的组成结构及设计原理，并给出了相应的软硬件仿真方法及调试结果。

本文设计的语音识别智能垃圾桶可以将垃圾智能分类，实现垃圾桶位置语音控制，垃圾类别语音识别等智能化功能。随着时代的发展，本设计将具备较好的应用前景。

参考文献：

[1] 张益.垃圾分类的现状和进路[J].团结，2017（5）：24-27.

[2] 陈子恒，周志成，王梦帅.智能分类垃圾桶的设计与实现[J].机电信息，2017（9）：100-101.

【通联编辑：梁书】