家用智能語(yǔ)音垃圾箱的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

黨譽(yù)豪　王廷軍　張貫堯　袁冰磊　張夢(mèng)晨

摘要：隨著垃圾分類(lèi)的普及，人們希望能夠有一種簡(jiǎn)單、輕松的垃圾分類(lèi)裝置。為此，設(shè)計(jì)了一種智能語(yǔ)音控制垃圾箱，由垃圾放入裝置、語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)、推桿電機(jī)推動(dòng)垃圾分類(lèi)裝置、垃圾存儲(chǔ)裝置、垃圾容積檢測(cè)系統(tǒng)、垃圾消毒系統(tǒng)等組成，采用語(yǔ)音識(shí)別垃圾的類(lèi)別，通過(guò)推桿電機(jī)推動(dòng)將垃圾放入相應(yīng)的垃圾箱內(nèi)對(duì)應(yīng)儲(chǔ)存室，智能語(yǔ)音分類(lèi)是使用者不需要專業(yè)的垃圾分類(lèi)知識(shí)，就能夠做到了自動(dòng)進(jìn)行垃圾精準(zhǔn)分類(lèi)，實(shí)現(xiàn)家庭、小區(qū)、單位等的垃圾精確分類(lèi)回收。具有操作簡(jiǎn)單，容錯(cuò)率高的特點(diǎn)，使人們對(duì)垃圾分類(lèi)掌握不準(zhǔn)確的問(wèn)題得以解決。

關(guān)鍵詞：智能語(yǔ)音垃圾箱;語(yǔ)音識(shí)別;垃圾自動(dòng)精準(zhǔn)分類(lèi);精確回收

目前，隨著生態(tài)文明建設(shè)和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，人們對(duì)環(huán)保的重視程度也越來(lái)越高。環(huán)保是一個(gè)永恒的話題，需要我們做的地方還有很多，家庭垃圾分類(lèi)這件事大家每天都在做，就會(huì)逐漸培養(yǎng)好的垃圾分類(lèi)習(xí)慣，更好地增強(qiáng)我們的環(huán)保意識(shí)。由于國(guó)內(nèi)垃圾分類(lèi)開(kāi)始細(xì)化，一些垃圾的分類(lèi)對(duì)于一般人來(lái)說(shuō)很頭疼，雖然知道一些簡(jiǎn)單垃圾的分類(lèi)，但難以做到全面、細(xì)化的掌握，并且對(duì)大部分上班族無(wú)心記這些東西明細(xì)，這樣就會(huì)導(dǎo)致分類(lèi)錯(cuò)誤、環(huán)保壓力加大等一些問(wèn)題。

目前，“垃圾分類(lèi)”存在的問(wèn)題主要在于：怎樣使垃圾分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化并且采取統(tǒng)一獎(jiǎng)懲制度;怎樣引導(dǎo)相關(guān)部門(mén)進(jìn)行垃圾分類(lèi)宣傳;怎樣使居民垃圾分類(lèi)的意識(shí)提高，讓他們?cè)敢膺M(jìn)行垃圾分類(lèi);怎樣使垃圾分類(lèi)設(shè)備更加全面，使設(shè)備技術(shù)較得到提升。其中最后一條正是需要研究的一個(gè)難題。

解決以上問(wèn)題可以采用的方法較多，比如，需要國(guó)家政策引導(dǎo)與財(cái)政支持，讓分類(lèi)垃圾箱能夠更加便捷、快速，讓人們覺(jué)得垃圾分類(lèi)不再變得煩瑣和復(fù)雜。這也就要求要投入大量財(cái)力和人力進(jìn)行研究如何進(jìn)行分類(lèi)垃圾箱的創(chuàng)新，讓扔垃圾更便捷。比如需要解決分類(lèi)垃圾箱的清潔與環(huán)保問(wèn)題讓人們不再對(duì)垃圾箱感到厭惡;需要提升生活垃圾的二次利用的技術(shù)，提高垃圾資源的可循環(huán)利用率等。

本文研究的“家用智能語(yǔ)音垃圾箱”，具有語(yǔ)音模塊裝置，利用語(yǔ)音識(shí)別大數(shù)據(jù)庫(kù)，只要說(shuō)出投入垃圾箱的垃圾名稱（比如蘋(píng)果核、瓜子殼等），無(wú)須說(shuō)出其垃圾類(lèi)型，垃圾箱就會(huì)自動(dòng)分類(lèi)垃圾類(lèi)型，并對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)，相比于一般的分類(lèi)垃圾箱更能體現(xiàn)出“智能分類(lèi)”這個(gè)思想。有利于讓一些環(huán)保意識(shí)薄弱的人也養(yǎng)成垃圾分類(lèi)的習(xí)慣，也會(huì)讓大家更愿意、更便利地進(jìn)行家庭垃圾分類(lèi)[1]。

1 垃圾箱的發(fā)展前景及現(xiàn)狀

1.1 發(fā)展前景

人民的生活正在日益變得更好，以至于越來(lái)越多的人注重生活的質(zhì)量，對(duì)于環(huán)境問(wèn)題也是越來(lái)越注重，當(dāng)然生活垃圾是生活中不可忽視的問(wèn)題，這也就推出了垃圾分類(lèi)的新課題。在智能語(yǔ)音分類(lèi)垃圾箱沒(méi)有出現(xiàn)前，家中垃圾桶乃至于路邊的垃圾桶都是隨意丟棄，導(dǎo)致了垃圾桶經(jīng)常散發(fā)臭味，垃圾房環(huán)境臟亂差等情況。為解決這些情況許多城市設(shè)置相應(yīng)的試點(diǎn)智能分類(lèi)垃圾箱。不僅如此，政府及社區(qū)可以進(jìn)行積極大力地宣傳和實(shí)踐進(jìn)行垃圾分類(lèi)。其次，生活垃圾資源豐富，可利用資源空間價(jià)值大。隨著智能產(chǎn)品逐漸出現(xiàn)在人們的視野中，幾乎智能產(chǎn)品隨處可見(jiàn)，正因如此垃圾桶也需要進(jìn)行技術(shù)的創(chuàng)新和改革，語(yǔ)音識(shí)別分類(lèi)垃圾桶是智能化生活的一個(gè)新領(lǐng)域，基于垃圾分類(lèi)和保護(hù)環(huán)境的發(fā)展。由于垃圾分類(lèi)進(jìn)行的如火如荼和大家對(duì)于環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，語(yǔ)音識(shí)別垃圾箱不管是對(duì)于家庭還是任何地方需求肯定也會(huì)越來(lái)越大，其他行業(yè)也會(huì)隨著語(yǔ)音識(shí)別垃圾箱的需求擴(kuò)大而擴(kuò)大，因此語(yǔ)音識(shí)別垃圾箱的市場(chǎng)前景非常廣闊。[2]

1.2 現(xiàn)狀

垃圾箱是我們生活中丟棄垃圾的容器，間接地反映著社會(huì)文化的程度。人民生活水平的提高也使得我們周?chē)纳罾絹?lái)越多，這樣就會(huì)導(dǎo)致有時(shí)候來(lái)不及清理垃圾桶而使得垃圾桶周?chē)兊门K亂差，會(huì)讓后面的人也跟著隨意丟棄，如此惡性循環(huán)，從而讓人們更加不注重垃圾的分類(lèi)和處理。目前國(guó)內(nèi)研發(fā)的智能分類(lèi)垃圾桶有無(wú)須觸碰的，有殺菌功能的，有通過(guò)手機(jī)軟件控制的，有自動(dòng)散味功能的。而我們此次研究語(yǔ)音識(shí)別智能垃圾桶，只要對(duì)著垃圾桶說(shuō)出想要扔掉的垃圾，由語(yǔ)音模塊進(jìn)行識(shí)別并將其分類(lèi)扔到不同的桶內(nèi)，讓人們更加便捷地扔垃圾，不用思考是什么類(lèi)型的垃圾。[3]

本文設(shè)計(jì)了一種適合家用的、能夠?qū)ㄟ^(guò)語(yǔ)音識(shí)別自動(dòng)精準(zhǔn)分類(lèi)的智能語(yǔ)音垃圾箱。

2 總體設(shè)計(jì)

2.1 智能語(yǔ)音垃圾箱的工作原理

智能語(yǔ)音垃圾箱主要由垃圾放入裝置、語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)、推桿電機(jī)推動(dòng)垃圾分類(lèi)裝置、垃圾存儲(chǔ)裝置、垃圾容積檢測(cè)系統(tǒng)、垃圾消毒系統(tǒng)組成。使用者講出垃圾的類(lèi)型，從而進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別然后相應(yīng)垃圾箱單元通過(guò)推桿電機(jī)推動(dòng)垃圾分類(lèi)裝置開(kāi)蓋進(jìn)而垃圾掉入相應(yīng)的垃圾箱單元里。垃圾箱單元開(kāi)蓋由小型推桿電機(jī)推動(dòng)垃圾分類(lèi)裝置驅(qū)動(dòng)，通過(guò)單片機(jī)控制各個(gè)垃圾箱單元，保證裝置運(yùn)作的準(zhǔn)確性。

2.2 智能語(yǔ)音垃圾箱的總體結(jié)構(gòu)

智能語(yǔ)音垃圾箱的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，主要零部件包括紫外線殺菌裝置、桶體、推桿電機(jī)、垃圾托盤(pán)、LED顯示屏、紅外線感應(yīng)裝置、桶口、桶蓋、紅外線感應(yīng)裝置、轉(zhuǎn)軸、垃圾箱單元、垃圾箱底座等。

1.紫外線殺菌裝置 2.桶體 3.推桿電機(jī) 4.垃圾托盤(pán) 5LED顯示屏 6.紅外線感應(yīng)裝置2 7.桶口 8.桶蓋 9.紅外線感應(yīng)裝置2 10.轉(zhuǎn)軸 11.垃圾箱單元 12.垃圾箱底座

兩組紅外線感應(yīng)裝置分別用于檢測(cè)人的靠近、用于檢測(cè)垃圾箱是否裝滿。桶蓋具有自動(dòng)打開(kāi)功能。當(dāng)人們靠近垃圾箱一定距離時(shí)，紅外線識(shí)別裝置識(shí)別后，桶蓋自動(dòng)打開(kāi)，人們把垃圾投放至桶體后，桶蓋再自動(dòng)關(guān)閉。

桶蓋打開(kāi)后，人們把生活垃圾放入桶中，桶蓋隨即在分出垃圾類(lèi)別前，垃圾暫存于四個(gè)擋板中間，在人們說(shuō)出垃圾名稱后，語(yǔ)音識(shí)別裝置根據(jù)已有數(shù)據(jù)分辨出垃圾類(lèi)別，信息傳遞到單片機(jī)后，使控制此垃圾對(duì)應(yīng)類(lèi)別小桶上方擋板的推桿電機(jī)斷電，對(duì)應(yīng)小桶打開(kāi)，垃圾掉入對(duì)應(yīng)小桶。垃圾分類(lèi)完成后，小型推桿電機(jī)推桿再次通電，使擋板恢復(fù)，等待下一次投放垃圾。

每個(gè)小桶內(nèi)的紫外線殺菌裝置定期進(jìn)行桶內(nèi)殺菌，具有垃圾容量檢測(cè)及垃圾清理功能。當(dāng)小桶內(nèi)垃圾快滿的時(shí)候，紅外線裝置檢測(cè)出垃圾容量并把數(shù)據(jù)傳入LED屏，顯示出垃圾容量，提醒人們清理垃圾。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

3.1 智能語(yǔ)音垃圾箱語(yǔ)音識(shí)別

通過(guò)智能語(yǔ)音識(shí)別，人們對(duì)該智能語(yǔ)音垃圾箱說(shuō)出所扔垃圾的名稱，則可以通過(guò)垃圾名稱分辨其垃圾種類(lèi)，然后將垃圾掉入相應(yīng)的垃圾箱單元中，垃圾得到準(zhǔn)確的分類(lèi)。

3.2 智能語(yǔ)音垃圾箱箱蓋小型推桿電機(jī)推動(dòng)

每個(gè)對(duì)應(yīng)垃圾箱的垃圾箱單元都有一個(gè)蓋子，相應(yīng)垃圾掉入通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別后，相應(yīng)的垃圾箱單元的蓋子會(huì)通過(guò)小型推桿電機(jī)推動(dòng)垃圾分類(lèi)裝置斷電脫磁然后垃圾會(huì)掉入相應(yīng)的垃圾箱單元中，垃圾則得到準(zhǔn)確的分類(lèi)。

3.3 垃圾箱體局部

3.3.1 垃圾箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能語(yǔ)音垃圾箱的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，下方的四個(gè)方形卡槽分別放干垃圾，濕垃圾，可回收垃圾，有害垃圾四個(gè)垃圾箱單元，如上述所講四個(gè)垃圾箱單元分別放在下面的四個(gè)卡槽當(dāng)中，上面的垃圾識(shí)別后，通過(guò)小型推桿電機(jī)推桿推拉上方的半漏斗形狀的小蓋子來(lái)控制蓋子的開(kāi)閉，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)垃圾掉入相應(yīng)的下面的垃圾箱小單元中，實(shí)現(xiàn)垃圾分類(lèi)。

垃圾箱上面具有類(lèi)似半漏斗形狀則為垃圾分離裝置，主要負(fù)責(zé)垃圾投入到該裝置里面后，通過(guò)使用者的語(yǔ)音識(shí)別出垃圾的種類(lèi)，進(jìn)而利用小型推桿電機(jī)推桿選擇打開(kāi)相應(yīng)的蓋子，然后垃圾掉入下面相應(yīng)的垃圾箱中，垃圾分類(lèi)完成。

3.3.2 智能語(yǔ)音垃圾箱垃圾箱桶蓋

智能語(yǔ)音垃圾箱的桶蓋如圖3所示，對(duì)于該智能語(yǔ)音垃圾箱的桶蓋，由于對(duì)于桶身的結(jié)構(gòu)并不能放太多的控制等結(jié)構(gòu)，并且桶身還需要將垃圾箱單元拿出來(lái)倒垃圾等問(wèn)題，為了方便垃圾箱單元的拿出等一些問(wèn)題，將控制等方面的各種裝置設(shè)備放在智能語(yǔ)音垃圾箱的桶蓋里面，垃圾箱蓋上面的孔為扔垃圾手伸入的地方。

4 智能語(yǔ)音垃圾箱控制流程圖

智能語(yǔ)音垃圾箱的工作流程圖如圖4所示：

5 系統(tǒng)的特點(diǎn)

5.1 語(yǔ)音控制

該智能語(yǔ)音垃圾箱為家用的垃圾箱，目前只能實(shí)現(xiàn)家中垃圾的分類(lèi)，避免出現(xiàn)扔垃圾排隊(duì)，以及室外聲音嘈雜影響語(yǔ)音識(shí)別等現(xiàn)象，在家中說(shuō)出特定語(yǔ)音或按下開(kāi)關(guān)即可使用。

5.2 智能識(shí)別

該垃圾箱通過(guò)語(yǔ)音的識(shí)別將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾的識(shí)別。

5.3 推桿電機(jī)推動(dòng)垃圾分類(lèi)自動(dòng)分類(lèi)儲(chǔ)存

垃圾掉到垃圾箱單元上時(shí)，相應(yīng)位置的小型推桿電機(jī)推動(dòng)垃圾分類(lèi)裝置會(huì)脫電，然后垃圾則將會(huì)掉入相應(yīng)的垃圾箱單元中，此種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠。

6 結(jié)語(yǔ)

目前，隨著人們生活水平的提高和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，在垃圾分類(lèi)這一方面，由于人們以前并不能很好地進(jìn)行垃圾分類(lèi)，對(duì)環(huán)境保護(hù)造成了一定的負(fù)擔(dān)，該智能語(yǔ)音分類(lèi)垃圾箱將能為人們垃圾分類(lèi)減輕負(fù)擔(dān)。為了守護(hù)我們美好的家園，通過(guò)對(duì)智能語(yǔ)音分類(lèi)垃圾箱不斷完善和改進(jìn)，智能垃圾箱將會(huì)普及到每個(gè)人家中。

參考文獻(xiàn)：

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