基于語(yǔ)音控制的智能分類垃圾桶的設(shè)計(jì)

張洪源 楊佩

摘要：提出了一種具有語(yǔ)音識(shí)別功能的智能分類垃圾桶的設(shè)計(jì)方案，當(dāng)用戶想要扔垃圾時(shí)，只要一聲令下，垃圾桶就會(huì)“隨叫隨到”快速準(zhǔn)確地到達(dá)身邊，而且只要說(shuō)出所扔垃圾的名稱，相應(yīng)類別的垃圾筒蓋就會(huì)自動(dòng)打開(kāi)。另外，對(duì)傳統(tǒng)垃圾桶存在的難以移動(dòng)，堵墻角過(guò)道，操控不便，垃圾分類不便捷等問(wèn)題，都可以通過(guò)所設(shè)計(jì)的智能垃圾桶來(lái)完美解決。由于本作品具有上述優(yōu)點(diǎn)，其在未來(lái)智能家居市場(chǎng)中必將會(huì)有很廣闊的實(shí)用前景。

關(guān)鍵詞：語(yǔ)音識(shí)別;人工智能;垃圾分類;智能家居

中圖分類號(hào)：TP311? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）23-0148-02

1 研究目的及意義

自2020年新冠肺炎疫情爆發(fā)以來(lái)，廣大居民積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，主動(dòng)宅在家中，開(kāi)始居家防疫。因此許多人的生活、學(xué)習(xí)、工作模式也發(fā)生了巨大改變，而居家生活、居家學(xué)習(xí)、居家辦公導(dǎo)致每天產(chǎn)生的生活垃圾劇增，特別是那些需要居家隔離的居民，他們每天所產(chǎn)生的生活垃圾，令人擔(dān)憂[1]。因此，嚴(yán)格做好垃圾分類工作，也是疫情防控工作中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。搞好垃圾分類，就是為這場(chǎng)疫情防控阻擊戰(zhàn)貢獻(xiàn)力量。疫情期間，居民所產(chǎn)生的生活垃圾種類繁多，特別是使用過(guò)的醫(yī)療廢棄物，如口罩、一次性手套、護(hù)目鏡等，上面還可能沾染大量的細(xì)菌、病毒。所以我們應(yīng)將其標(biāo)注為特殊有害垃圾，投放至專用箱。在掀垃圾桶蓋時(shí)，最好戴一次性手套。而出現(xiàn)發(fā)熱癥狀和正在居家隔離的家庭，他們所產(chǎn)生的所有生活垃圾應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行分類、密封、消殺、投放，以避免形成交叉感染。

為此，本項(xiàng)目提出了具有語(yǔ)音識(shí)別功能的智能分類垃圾桶設(shè)計(jì)方案，當(dāng)用戶想要扔垃圾時(shí)，只要一聲令下，垃圾桶就會(huì)“隨叫隨到”快速準(zhǔn)確地到達(dá)身邊，而且只要說(shuō)出所扔垃圾的名稱，相應(yīng)類別的垃圾筒蓋就會(huì)自動(dòng)打開(kāi)。另外，對(duì)傳統(tǒng)垃圾桶存在的難以移動(dòng)，堵墻角過(guò)道，操控不便，垃圾分類不便捷等問(wèn)題，都可以通過(guò)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的智能垃圾桶來(lái)完美解決[2]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案

基于“語(yǔ)音名稱識(shí)別”和“垃圾分類推廣”兩大目標(biāo)，該智能分類垃圾桶主要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別、機(jī)械控制、遠(yuǎn)程通信以及外觀設(shè)計(jì)這五大功能。其工作流程如圖1所示。當(dāng)用戶想扔垃圾時(shí)只要一聲令下，垃圾桶通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)就會(huì)“隨叫隨到”快速準(zhǔn)確地到達(dá)身邊，當(dāng)用戶向垃圾桶口述完垃圾名稱后，垃圾桶通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別所扔垃圾名稱。識(shí)別成功后，垃圾桶進(jìn)行匹配，相應(yīng)類別的垃圾筒蓋就會(huì)通過(guò)機(jī)械控制自動(dòng)打開(kāi)，用戶即可完成垃圾的分類和投放。投放結(jié)束后，垃圾桶蓋通過(guò)機(jī)械控制自動(dòng)閉合。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 主控模塊設(shè)計(jì)

主控芯片為產(chǎn)品的控制中心，是聯(lián)系各個(gè)設(shè)備之間的橋梁，也是控制設(shè)備運(yùn)作的大腦，因此當(dāng)要選擇一款好的芯片時(shí)，需從功能、占用資源等多個(gè)方面進(jìn)行評(píng)比。STC89C52微型控制器是一款CMOS 8位的單片機(jī)，它的優(yōu)點(diǎn)包括：功耗低、體積小、計(jì)算速度快以及價(jià)格便宜等方面。該款單片機(jī)微型控制器的中央處理器CPU的數(shù)據(jù)處理寬度為8位，具有8K字節(jié)空間的在線可編程閃存Flash。上述優(yōu)點(diǎn)使得該單片機(jī)能夠較好地應(yīng)用于對(duì)計(jì)算速度要求不高的一般控制系統(tǒng)，相比于國(guó)外生產(chǎn)的高端單片機(jī)芯片，它提供了高性價(jià)的工業(yè)/民用產(chǎn)品的控制器解決方案。STC89C52單片機(jī)的主要性能參數(shù)包括：8K字節(jié)的可編程flash閃存，512字節(jié)的存儲(chǔ)器RAM，1個(gè)復(fù)位電路，3個(gè)16位的定時(shí)計(jì)數(shù)器，包含6個(gè)向量的2級(jí)中斷系統(tǒng)以及1個(gè)全雙工串行通信端口。其運(yùn)行狀態(tài)下的電壓區(qū)間范圍較廣，一般維持在2.7V～6V，低至3-4V時(shí)也可正常工作，這也是其穩(wěn)定性的表現(xiàn)。經(jīng)過(guò)以上的對(duì)比和總結(jié)， 系統(tǒng)的主控模塊選擇STC單片機(jī)。

3.2 舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的主要設(shè)計(jì)目的是控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。其工作原理是將控制信號(hào)輸入調(diào)制芯片，并獲得偏置電壓，將其余電位器電壓進(jìn)行比較即可獲得電壓差輸出，最后電壓差政府輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，通過(guò)減速齒輪帶動(dòng)電位器轉(zhuǎn)動(dòng)，且當(dāng)兩者電壓差輸出為0時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)動(dòng)，本設(shè)計(jì)利用單片P14口實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)角度控制，其電路原理圖如下：

3.3 語(yǔ)音模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)我們采用LD3320為語(yǔ)音模塊中的芯片，語(yǔ)音模塊通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別得到需要的控制指令。LD3320芯片語(yǔ)音識(shí)別口令處理過(guò)程如下圖所示。

3.4 電源模塊設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)我們將采用LM2940作為電源主要模塊，并在其中連接一穩(wěn)壓器，目的是將電壓穩(wěn)壓成5V，穩(wěn)壓后再通過(guò)電容進(jìn)行濾波，原理圖如下所示。

4 軟件仿真

本系統(tǒng)是基于Keilu Vision4環(huán)境下進(jìn)行仿真，該軟件主要針對(duì)C語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，使用C語(yǔ)言不但整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)，而且程序的可讀性也比較好。Keilu Vision4軟件內(nèi)部具有非常豐富的函數(shù)庫(kù)，使用者可以隨時(shí)進(jìn)行調(diào)用，并且編譯程序效率高，其系統(tǒng)也具有很好的兼容性。

仿真過(guò)程：

1） 在新建文件時(shí)選擇STC89C52;

2） 點(diǎn)擊project，選擇New project，并File save為.c文件;

3） 將.c文件添加到source group 1中;

4） 編寫(xiě)好程序后，建立Hex文件，隨后進(jìn)行編譯;

5）程序顯示沒(méi)有錯(cuò)誤后，進(jìn)行燒寫(xiě)。

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種具有語(yǔ)音識(shí)別功能的智能分類垃圾桶，詳細(xì)介紹了其各個(gè)模塊的組成結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)原理，并給出了相應(yīng)的軟硬件仿真方法及調(diào)試結(jié)果。

本文設(shè)計(jì)的語(yǔ)音識(shí)別智能垃圾桶可以將垃圾智能分類，實(shí)現(xiàn)垃圾桶位置語(yǔ)音控制，垃圾類別語(yǔ)音識(shí)別等智能化功能。隨著時(shí)代的發(fā)展，本設(shè)計(jì)將具備較好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張益.垃圾分類的現(xiàn)狀和進(jìn)路[J].團(tuán)結(jié)，2017（5）：24-27.

[2] 陳子恒，周志成，王夢(mèng)帥.智能分類垃圾桶的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)電信息，2017（9）：100-101.

【通聯(lián)編輯：梁書(shū)】