环保智能分类垃圾桶的设计

薛欣愿 毛威 白园

摘要：该文利用单片机技术研究一种垃圾分类系统，使人们知道垃圾应当如何归类，也从强制的手段提醒人们分类垃圾。在单片机识别到垃圾种类之后，可以通过语音输出模块提醒垃圾是哪一种垃圾，同时可以有单片机控制几号垃圾桶打开，用户可以将垃圾放进垃圾桶内完成垃圾的智能分类，最终实现垃圾的智能分类，达到保护和净化环境的作用。

关键词：智能分类;垃圾回收;单片机

中图分类号：TP3       文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）28-0135-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 引言

现代社会，人类产生的垃圾也越来越多样化，很多垃圾里还添加着化学成分或一些有害物质，如果所有种类的垃圾都堆放到一起会产生更多的有害物质也会增加人们因此生病的概率，哪怕是通过填埋处理也很难保证有害物质不会渗出，就算一时不会有问题通过长年累月的堆积也会影响到土质污染到水源影响后代的生活，所以垃圾分类是处理垃圾公害的最佳解决方法。垃圾分类也是一个大工程，如果只靠环卫工人是做不到的，要让每一个扔垃圾的人都有垃圾分类的意识。让垃圾回收、处理和利用更具有高效性是城市垃圾分类回收处理的特点，最大限度地降低城市产生的垃圾给城市造成二次垃圾污染。城市垃圾分类收集后可以将有利用价值的垃圾进行、回收，实现资源的二次利用。在垃圾的处理中能够生产出有价值的产品和可利用的能源，如垃圾焚烧能产生热能，废品回收能产生新的产品等[1-2]。总之，城市垃圾分类回收与处理对城市经济发展，环境保护具有十分重要的意义。

垃圾桶是人类生活中必不可少的必需品，在居民生活中，餐饮行业中也显得尤为重要。同时随着人们的环保意识的提高，垃圾桶的种类也越来越丰富，智能垃圾桶成为人们最方便使用的种类。目前带盖的垃圾桶开盖时需要手动或脚踩的方式，这种方式既不卫生也不方便，由于垃圾分类是近几年提出的，有些人不重视垃圾的种类，也分不清垃圾种类，就随手乱扔，加大了处理垃圾的困难程度。因此本产品符合市场需求，可以进行自主分类，不再需要人们花费时间去整理垃圾种类。对于较多较大的垃圾，机械臂的力量也会大于人工的力量，这也为人们的生活提供了不少便利[3]。

本产品还可以将垃圾分类收集后，把有利用价值的垃圾进行、回收，实现资源的二次利用，也让垃圾也变得更有意义。智能垃圾桶的出现，就是为了大家可以拥有更好的生活质量，更方便的生活方式，同时也能保护环境。

2 系统硬件设计

本设计主要是利用固高 GTC-NC600-03 运动控制器和在OtoStudio环境下开发人机交互界面的垃圾分类回收系统，同时通过机械臂和夹持装置的加持，实现垃圾的回收和处理，最大限度地降低城市产生的垃圾给城市造成二次垃圾污染，设备主要由垃圾箱组件、机械臂组件、夹持组件等组成，系统总体结构图如图1所示[4]。

2.1红外线检测设计

垃圾桶内壁填充一层活性炭纤维主要用于净化桶内空气，吸附垃圾的臭味，防止空气污染。在垃圾桶的集成电路上，方便垃圾分类。垃圾桶顶部安装太阳能电池板维持垃圾桶用电，每个类型的垃圾桶口都使用红外线指示灯探测，垃圾桶未满是显示绿色，垃圾桶已满指示灯变为红色。垃圾桶红外线感应盖如图2所示。

2.2显示电路设计

垃圾桶已满时通过使用固高 GUS 控制器驱动步进电机，使其机械臂工作，然后将挂载在机械臂末端的夹持机构通过三个步进电机联动运送至路面垃圾桶上方，使其与垃圾桶上方的夹持配合处接触，然后控制器输出 I/O 信号，夹持机构上的电机驱动机械爪闭合抓取垃圾桶接触装置，机械臂三个步进电机再次联动，将夹持住的垃圾箱提升出地面，运送至车载垃圾厢上方，同时控制器输出 I/O 信号，通过电磁阀控制气缸打开垃圾倾倒门，机械臂将垃圾桶放入车载垃圾箱垃圾倾倒门内，使垃圾桶与垃圾箱内的顶针接触，解除垃圾桶的自锁连杆，垃圾桶底面的门在二连杆机构的作用下打开，将垃圾桶内的垃圾通过底门倒入车载垃圾箱内，然后机械臂再次三轴联动，将垃圾桶送回底面坑井内，垃圾桶底门连杆机构与坑道内底面接触后，自动关闭底门并锁定，控制器输出 I/O 信号，夹持机构上的电机驱动机械爪松开，机械臂三个步进电机联动，使机械臂回到初始位置，控制器输出 I/O 信号，通过电磁阀控制气缸驱动垃圾箱内的压缩机构，将垃圾向尾部压缩，需要将垃圾倒出的时候，控制器输出 I/O 信号，通过电磁阀控制气缸驱动垃圾箱后部的尾门打开，控制器再次輸出 I/O 信号，通过电磁阀控制气缸驱动垃圾箱内的压缩机构，将车载垃圾箱内的垃圾推至垃圾箱尾部，将垃圾箱内的垃圾推离箱体[5-6]。如图3为显示电路设计图。

2.3语音识别模块设计

垃圾智能识别分类系统的设计语音识别模块实现、语言采集、信息及数据转化、噪音去除、数据检索、读出语音、识别结果。

如图4是语音识别模块的电路图，这两个电源供电端口之外，是通过两个通讯端口与固高GUS控制器进行通讯。该模块上其中的一个咪头可以作为语音的输入，将语音转换为电信号，电信号会在语音识别模块中进行，确定语音的内容，将内容通过电信号的方式传输到固高GUS控制器中，由固高GUS控制器确定，应当以何种指令反馈，这就是一种语音模块与固高GUS控制器的通讯功能的实现[7]。

3 软件设计

1）实施4对主系统的开机检测和初始化的操作。

2）实行控制面板的通讯，分析上控板所发出的命令。

3）语音传感器检测操纵要依据设置控制的命令，命令主要对于不同电机的开始于关闭控制。

4）通过采取语音传感器的工作状况，采集语音信息并且识别。

5）当系统计算数据的情况下，可以实现有可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾和其他垃圾四种识别和对应的垃圾桶开启和关闭工作。

如图5所示是智能垃圾分类工作流程图，在正式开始之前，开始初始化所有的模块启动定时器，定时器是否产生中断，如产生中断，则启动语音模块，语音模块共有两级语音识别，是为了防止模块在嘈杂的环境中出现无判断的问题，在喊出一级指令之后，语音模块识别此指令，在对应输入二级指令，对二级指令中的垃圾内容进行判断，判断该垃圾属于哪一类，由单片机处理之后输出语音，并且判断应当打开哪个垃圾桶，如果该垃圾为可回收垃圾，则输出语音为可回收垃圾，同时控制舵机打开垃圾桶，在一定时间之后关上垃圾桶，如果通过语音识别判断为厨余垃圾，就会打开厨余垃圾桶一段时间之后关上垃圾桶，如果通过判断出语音内容为有害垃圾，就会打开有害垃圾的垃圾桶一段时间之后关上垃圾桶，如果通过判断为其他垃圾，则打开其他垃圾垃圾桶，在一段时间之内关上垃圾桶，程序结束[8-9]。

部分代码如下：

{

u32 temp;

SysTick->LOAD=nus*fac_us;      //时间加载

SysTick->VAL=0x00;             //清空计数器

SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ; //开始倒数

do

{

temp=SysTick->CTRL;

}while（（temp&0x01）&&！（temp&（1<<16）））;  //等待时间到达

SysTick->CTRL&=～SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //关闭计数器

SysTick->VAL =0X00;            //清空计数器

}

4 总结

本文基于固高GUS控制器上对目前垃圾分类回收的发展做了详细的分析，指出了本文的研究意义。并详细介绍了本系统的主要功能，并通过测试实现了语音识别模块，红外线检测模块等，各种模块互相配合，简单易操作，从而实现了智能垃圾桶的分类。

通过本系统，可以发现城市环境有了明显的改变，人们不再因为垃圾分类从而浪费大量时间，提高了效率，利于发展。

参考文献：

[1] 周宇辉，何志琴，胡娟，等.基于OpenMV垃圾分类的智能垃圾桶系统设计[J].智能计算机与应用，2020，10（5）：71-75.

[2] 张秀芳，龚小梅，占小洋，等.垃圾分类之自动识别技术探索[J].科技创新与应用，2021（1）：178-180，184.

[3] 罗学论，梁锐，王柯，等.街道智能垃圾分类箱的控制设计[J].机械工程与自动化，2019（4）：184-185，188.

[4] 张宏明.城市生活垃圾分类收集困境与纾解建议[J].环境与发展，2020，32（12）：28-29.

[5] 韩景超，王正发，刘双龙.城市生活垃圾制气技术研究[J].环境与发展，2020，32（12）：64-66.

[6] 李君锐，池龙，张继斌，等.生态振新战略下农村垃圾分类智能系统的对策研究[J].科技视界，2020（36）：93-95.

[7] 马新玲，郭兆阳，乐祺中，等.多种识别方式组合的智能分类垃圾桶[J].机械与电子，2020，38（12）：33-36，41.

[8] 吴杭，赵川东，吴成玉，等.语音控制智能分类垃圾桶的设计与实现[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2020，19（6）：20-23.

[9] 张艺蓝，金红.基于語音系统的垃圾分类控制装置的设计[J].电子技术与软件工程，2020（10）：66-68.

【通联编辑：朱宝贵】