基于STM32的智能分类垃圾桶设计

盛晴晴

摘要：随着国家政策的落实，全国各地正积极倡导垃圾分类，但由于群众对垃圾分类的认识不足，垃圾分类规范化仍面临挑战。文章从提高群众垃圾分类意识、规范垃圾分类行为方面出发，设计了一款智能分类垃圾桶。该设计主要采用STM32F103C8T6单片机作为系统控制核心，搭配LD3320语音识别芯片和机智云App控制，旨在实现垃圾桶的智能化、自动化管理。

关键词：STM32F103；LD3320；App；垃圾分类；语音识别

中图分类号：TP312文献标志码：A

0 引言

随着城市化进程的加速和人口的不断增长，城市生活垃圾数量急剧增加。除了大量垃圾所产生的污染问题，如何高效地进行垃圾处理也成为一大难题^[1]。而垃圾分类是解决垃圾问题的关键，通过将不同种类的垃圾分开处理，可以最大限度地减少对环境的影响，并有效利用资源。常用的垃圾处理方式包含堆肥处理、卫生填埋、焚烧处理^[2]。但垃圾处理的难点不是技术的实现，而是大众缺乏垃圾分类意识。针对这一问题，本文提出了一款智能化、自动化的设计——基于STM32的智能分类垃圾桶。

1 整体方案

对于系统的整体设计而言，需要考虑系统如何对人声进行识别、如何进行语音播报、如何显示垃圾分类信息、如何通过App对垃圾桶进行操控。因此，本文设计以STM32F103C8T6单片机作为系统的微处理器，搭配ESP8266Wi-Fi模块用于硬件系统和软件系统之间的数据传输^[3]。LD3320语音识别模块负责识别用户语音数据，作为垃圾分类的基础。JQ8900-16P语音播报模块负责对垃圾分类的结果进行语音播报，加深群众印象，具有一定的教育意义。SG90舵机为执行元件，负责垃圾桶的开合。TCRT5000红外传感器设置在垃圾桶的桶盖上，红外感应垃圾桶是否满溢。系统整体设计如图1所示。

2 系统硬件

本文设计以STM32F103C8T6单片机为控制核心，主要硬件包括ESP8266Wi-Fi模块、LD3320语音识别模块、JQ8900-16P语音播报模块、OLED显示屏、SG90舵机、TCRT5000红外传感器。

2.1 STM32F103C8T6核心板

为了确保系统操作的顺畅以及高效，本文选择了STM32F103C8T6单片机作为微控制器进行研究。STM32F103C8T6单片机具有低功耗、高效率、丰富的外设接口等优势^[4]，其原理如图2所示。STM32是智能垃圾桶的重要组成部分，开发人员可以借助STM32直接驱动系统的各个模块。

2.2 LD3320语音识别模块

LD3320语音识别芯片是一款集低功耗和高效能于一体的芯片，具有出色的识别效率和准确性。该芯片采用ASR技术，无需用户录音训练即可实现非特定人的语音识别^[5]。尽管LD3320芯片在离线操作方面因内存问题对识别指令有所限制，但是对于本文系统而言，选择LD3320足以实现用户迅速、流畅且相对全面的交互式体验。当使用LD3320时，系统需要设置唤醒词，唤醒词以相应的拼音排列。当用户发出预先设置的唤醒词时，系统将被唤醒，芯片会根据用户输入的语音信号进行一系列语音分析操作，并根据预先输入的拼音字符串逐一匹配，最终得出匹配度最高的关键词。然后，芯片将信息转换为对应的识别码反馈给单片机，由单片机执行后续操作。同时，LD3320回到起始状态，准备接收下一条语音指令信号。LD3320运行过程如图3所示。

2.3 ESP8266Wi-Fi模块

ESP8266Wi-Fi模块是一款集成了TCP/IP协议栈的低功耗、高性能芯片，能通过串口快速连接至Wi-Fi网络并与互联网通信^[6]。ESP8266原理如图4所示，该模块结构紧凑，易于集成到各种设备中，因此被广泛应用于物联网、智能家居、嵌入式系统等领域。

2.4 JQ8900-16P语音播报模块

JQ8900-16P语音播报模块可通过串口输出音频^[7]，并支持开关、播放器和单片机等多种控制方式。该模块对语音质量有严格要求，能够播放6000～22000 Hz的声音文件，以确保系统稳定性和音质。

2.5 TCRT5000红外传感器

TCRT5000传感器的红外发射二极管不断发射红外线^[8]。当没有反射光线或反射回来的红外线强度不足时，红外接收管保持关闭状态，输出高电平，表示二极管处于熄灭状态^[9]。当被检测物体在感知范围内时，其反射的红外线强度足够，红外接收管饱和，输出低电平，点亮二极管^[10]。

2.6 OLED显示屏

OLED显示屏是一种使用有机发光二极管作为发光材料的显示技术。与传统的液晶显示屏不同，OLED显示屏无需背光源。每个像素点都可以独立发光，从而实现更高的对比度和更广的视角。

2.7 SG90舵机

SG90舵机主要用于控制垃圾桶的开合动作，舵机的控制采用脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）信号，通过调节占空比来控制舵机的转动角度^[11]。这种方式可以灵活地控制舵机的位置，实现垃圾桶的准确分类和开合功能^[12]。

3 系统软件设计

本文系统软件设计主要包括STM32主程序设计以及App程序设计。

3.1 STM32主程序设计

STM32主程序主要根据输入信号判断是语音信号还是App控制信号：若是语音信号，则LD3320识别语音数据后得到识别码，单片机控制相对应的舵机转动，进行语音播报；若是App控制信号，则单片机通过判断控制相对应的舵机转动，进行语音播报。

3.2 App程序设计

App程序设计采用机智云平台实现，机智云平台是一款物联网云服务平台，提供设备接入、远程控制、数据存储、数据分析等功能，旨在帮助开发者快速搭建和管理物联网应用。机智云平台支持多种通信方式，如Wi-Fi、蓝牙、2G/3G/4G等，兼容性强，可接入各类设备。通过移植机智云平台到STM32芯片上，可以实现物联网设备的接入和远程控制等功能。此外，机智云平台还提供了完善的安全机制，包括设备身份验证、数据加密传输等，保障数据的安全性。具体的操作为：在机智云平台新建项目名称，输入数据点的各个属性，生成并下载MCU代码包，将其移植到相应的STM32项目。App界面如图5所示。

4 智能分类垃圾桶系统测试

首先，用户需要对系统通电。然后，系统根据特定词唤醒智能垃圾分类桶。最后，系统根据垃圾名称实现垃圾分类功能。只要系统回复的垃圾分类结果以及打开的舵机均正确，则记为识别成功；否则，记为识别失败。下面对已录入数据进行测试（设定每人在室内和室外分别说10遍关键词），智能分类垃圾桶测试结果如表1所示。测试结果表明：室内、室外环境对测试结果几乎不存在影响，均有较高的准确率。

5 结语

基于国家政策和环境问题，本文设计了基于STM32的智能分类垃圾桶。设计方案运用智能化和自动化技术对现有的垃圾分类问题进行分析解决。这项技术可以帮助人们快速进行垃圾分类，从而促进资源回收利用，减少环境污染，提高城市垃圾处理效率，在一定的程度上还兼具教育意义。在未来的推广运用中，课题组还需根据当地的垃圾分类政策和垃圾分类标准，调整语音库；同时，合理地调整垃圾桶的外形设计以及移动端App界面，进一步提升智能分类垃圾桶的使用效果。

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（编辑 沈 强编辑）

Design of intelligent classified garbage can based on STM32

Sheng  Qingqing

（Xijing University， Xian 710000， China）

Abstract： With the implementation of national policies， garbage classification is being actively advocated across the country. Due to the lack of awareness of garbage classification among the masses， the standardization of garbage classification is still facing challenges. In this paper， from the two aspects of improving the awareness of garbage classification and standardizing the garbage classification behavior， an intelligent classified garbage can is designed， which mainly uses STM32F103C8T6 single-chip microcomputer as the system control core， with LD3320 voice recognition chip and Gizwits App control， aiming to realize the intelligent and automatic management of garbage cans.

Key words： STM32F103; LD3320; App; garbage classification; voice recognition