能“走路”的垃圾桶——一种基于语音识别的遥控智能分类垃圾桶

◆山东省青岛第十五中学 尚真

基于语音识别的遥控智能分类垃圾桶不仅能帮助人们将垃圾精准分类，还能帮助行动不便的人遥控垃圾桶“走”到身边，完成对生活垃圾的分类投放。

一、工作原理

基于Arduino 开源电子平台开发设计。通过语音识别模块，垃圾桶系统读取声音作为输入信号，与语音识别模块内置的垃圾名称进行对比后判断，并将其转化为输出信号，得到串口值。Arduino UNO 主控板根据输入的串口值，控制MP3模块和对应的配备伺服电机的垃圾桶，垃圾桶盖打开，扬声器播报垃圾类型，完成分类投放后，垃圾桶盖自动关闭。

运行系统通过红外接收传感器接收红外遥控器的按键(前进、后退、左转、右转)发送值，通过与变量的值判断，输出并执行相应的动作。

二、硬件系统

基于语音识别的遥控智能分类垃圾桶由小车系统和垃圾桶系统组成。小车系统由红外遥控器、运行系统组成，垃圾桶系统由收集系统、控制系统、语音辅助系统组成。

（一）红外遥控器

通过测试，前进、后退、左转、右转的按键发送值分别是FF02FD、FF9867、FFE01F、FF906F。

（二）运行系统

运行系统由Arduino UNO 主控板、红外接收传感器、小车组成，红外接收传感器将接收的红外遥控器的按键发送值传输给主控板，与变量的赋值进行对比，输出相应的参数，实现小车的运行。

（三）收集系统

根据《生活垃圾分类制度实施方案》将生活垃圾分为其他垃圾（灰色垃圾桶）、厨余垃圾（绿色垃圾桶）、可回收垃圾（蓝色垃圾桶）、有害垃圾（红色垃圾桶）四类。

（四）控制系统

由Arduino UNO 主控板、Arduion扩展板、语音识别模块组成。语音识别模块识别输入的垃圾名称，主控板进行循环判断，输出至垃圾桶和语言辅助系统。

（五）语音辅助系统

由MP3 模块、内存卡、扬声器组成。内存卡存储了垃圾分类的MP3 文件，通过MP3 模块输出至扬声器。

三、软件系统

（一）主控板程序

运行系统主控板程序采用Mind+编写。首先将红外遥控器上、下、左、右4个按键定义为小车前进、后退、左转、右转的功能，并测试上、下、左、右4 个按键的发送值，然后自定义“前进”“后退”“左转”“右转”4 个函数。

在UNO 主程序中通过建立循环，判断变量A 是否与红外接收传感器接收的按键发送值匹配。例如按键“上”代表“前进”，按键发送值为FF02FD，如果使用者按“上”键，则执行“前进”这个函数，小车前进，其他三个键类似。如果未接收到这4 个发送值，则执行“暂停”这个函数，小车停止。

控制系统主控板程序采用Mind+编写。首先设置串口的通信值，创建4、5、6、7 四个垃圾桶引脚对象（4 号引脚对应可回收垃圾桶，5 号引脚对应其他垃圾桶，6号引脚对应厨余垃圾桶，7 号引脚对应有害垃圾桶）并初始化为0°，即表示四个垃圾桶盖初始为闭合状态。然后设置MP3 模块的串口引脚及音量，最后执行循环。

当串口值为“1”时，4 号引脚连接的伺服电机转动，控制的蓝色可回收垃圾桶的桶盖打开70°，保持开启状态2 秒，伺服电机转动回到初始角度0°，垃圾桶盖关闭。

（二）语音识别模块程序

先用记事本编写四类生活垃圾，第1 类为可回收垃圾，第2 类为其他垃圾，第3 类为厨余垃圾，第4类为有害垃圾。每一类列举10 种垃圾，用ASR M08-B 语音模块设置软件将编写了垃圾名字的记事本文件写入语音识别模块。

（三）红外遥控程序

红外遥控器按键发送值的测试程序用Mind+编写。

四、制作小车

购置2 个泡沫盒，根据4 个垃圾桶的大小将盒身改装成车斗，将盒盖改装成轮毂，然后与车头、垃圾桶组装。

图1 小车制作过程

五、使用方法

分别接通小车系统和垃圾桶系统的电源，将语音识别模块的开关拨至A 挡，打开语音识别模块，遥控智能分类垃圾桶进入“等待唤醒”状态，等待用户用语音将其唤醒。

当听到呼叫“环保精灵”的唤醒词，语音识别模块蓝灯常亮时，智能垃圾桶被唤醒成功并进入等待状态。此时，说出垃圾的名称，扬声器播报垃圾的种类，同时相应的垃圾桶盖开启。比如，用户说出“电池”，此时，扬声器发出“有害垃圾”的声音，红色有害垃圾桶的桶盖开启，2 秒后自动关闭，完成垃圾的分类投放。

行动不便的使用者只需操作红外遥控器的四个按键，便可让垃圾桶“走”到身边，轻松完成对垃圾的分类投放。

图2 作品实物图

六、创新点

基于语音识别的遥控智能分类垃圾桶基于Arduino 开源电子平台，应用Mind+这款可视化的青少年编程软件进行二次开发，适合青少年学习。

设计的垃圾智能投放系统能帮助幼儿、老年人、卧床病人等特殊人群实现对垃圾的分类投放。

专家点评

尚真同学的能“走路”的垃圾桶，是一项技术参与度较高的创新实践作品。这是因为 2018 年1 月24 日曾有媒体报道：“智能感应垃圾桶，会‘行走’还很‘听话’。”从报道的内容和解决问题的方式等方面分析，都是基于解决垃圾桶智能分类、语音识别、自动跟进等问题。

但是，这个项目的完成着重体现出尚真同学具有两个方面的优秀品格：第一，创新成长的自我培养意识强。高中生学习内容多、学习任务重，老师和家长的期待值也高，能在这种氛围中脱颖而出，在课余把该项目完成好，达到项目设计的基本要求，没有创新成长的欲望和创新实践的毅力是不可能实现的。第二，相关技术的应用能力强。这个项目涉及基于Arduino 开源电子平台开发设计等，具有一定的技术应用难度和挑战性。