基于樹莓派的智能垃圾分類桶設(shè)計(jì)

王雪 葉長(zhǎng)青 杜雨洋

摘要：此設(shè)計(jì)針對(duì)當(dāng)前社會(huì)對(duì)于垃圾分類行業(yè)需求，設(shè)計(jì)了一款以樹莓派（Raspberry Pi），microbit為主控實(shí)現(xiàn)信息交流傳輸，采用語(yǔ)音識(shí)別模塊，樹莓派原裝攝像頭（raspberry camera）作為外部環(huán)境信息獲取端，結(jié)合外圍電路及部分硬件的低成本，應(yīng)用性高的智能語(yǔ)音垃圾分類桶。該桶通過對(duì)外圍環(huán)境垃圾名稱的語(yǔ)音分析或者攝像頭對(duì)垃圾圖像的識(shí)別，再通過舵機(jī)控制對(duì)應(yīng)垃圾桶的開合而實(shí)現(xiàn)整個(gè)垃圾分類的過程。

關(guān)鍵詞：垃圾分類;樹莓派;microbit;語(yǔ)音識(shí)別;圖像分類

中圖分類號(hào)：TP18? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）25-0114-02

Abstract：In view of current social demand for garbage classification industry， this paper Designs a Raspberry Pi， Microbit as the main control to achieve information exchange and transmission， using speech recognition module， Raspberry Pi original camera as the external environment information acquisition end， combined with the peripheral circuit and some hardware of low cost， high application of intelligent voice garbage sorting bucket.The bucket identifies the right garbage type through the voice analysis of the garbage name in the peripheral environment or the adoption of the garbage image by the camera， and then realizes the whole garbage sorting process by controlling the opening and closing of the corresponding garbage cans through the steering gear

Key words：garbage classification;raspberry pi; microbit; automatic speech recognition; image classification

1? 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的提高和人們生活水平的不斷改善，人們的追求不再停留于當(dāng)前的物質(zhì)需求而要尋求長(zhǎng)遠(yuǎn)的可持續(xù)的發(fā)展，從而衍生出垃圾分類等一系列的綠色產(chǎn)業(yè)鏈需求，但在我國(guó)垃圾分類尚處于起步階段，群眾的思想意識(shí)還不是很強(qiáng)，大體上并不能構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)化科學(xué)化的垃圾分類，因此垃圾分類需始于設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)采用了樹莓派、microbit為主控;結(jié)合了串口傳輸技術(shù)、百度云圖像分類技術(shù)SDK以及計(jì)算機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款具備可選擇語(yǔ)音識(shí)別分類模式和圖像識(shí)別分類模式的垃圾分類桶[1]。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

語(yǔ)音智能垃圾分類的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。在本設(shè)計(jì)中主要包含語(yǔ)音識(shí)別模塊和圖像識(shí)別模塊兩個(gè)部分。語(yǔ)音識(shí)別模塊以microbit為主控板，以語(yǔ)音識(shí)別模塊為媒介獲取外接垃圾名稱的語(yǔ)音信息及時(shí)分析處理，控制對(duì)應(yīng)舵機(jī)開合并調(diào)用MP3模塊儲(chǔ)存的聲源信息進(jìn)行反饋出對(duì)應(yīng)垃圾名稱;圖像識(shí)別模塊以樹莓派為主控板，以樹莓派3B+攝像頭采集外界環(huán)境垃圾圖像為反饋端，主板調(diào)用百度云識(shí)別庫(kù)進(jìn)行信息處理分析對(duì)應(yīng)垃圾種類，在控制對(duì)應(yīng)舵機(jī)開合完成分類。

3 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)

3.1語(yǔ)音識(shí)別分類模塊

語(yǔ)音識(shí)別模塊主要通過USB設(shè)置器連接電腦端對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行初始化和燒錄入相應(yīng)的垃圾識(shí)別名稱，在其啟動(dòng)時(shí)獲取環(huán)境音與模塊內(nèi)的垃圾名稱發(fā)音對(duì)照[2]。輸入垃圾名稱命令每類可燒錄255條，滿足家庭日常垃圾分類需求。

按鍵模塊有滑動(dòng)按鍵和按鈕按鍵，滑動(dòng)按鍵用于切換語(yǔ)音識(shí)別模式，是為喚醒詞模式或按鍵輸入模式，喚醒模式通過規(guī)定漢字發(fā)音喚醒后再進(jìn)行垃圾識(shí)別的音標(biāo)對(duì)照，按鍵模式通過按下按鍵同時(shí)說出垃圾名稱進(jìn)行音標(biāo)對(duì)照。按鍵模式都是為了避免機(jī)器長(zhǎng)期工作外界噪音對(duì)其識(shí)別干擾。

對(duì)MP3模塊進(jìn)行錄入垃圾名稱的音頻，在實(shí)現(xiàn)垃圾名稱識(shí)別后進(jìn)行調(diào)用MP3中的音頻小音箱進(jìn)行播報(bào)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信息反饋[3]。

Microbit擴(kuò)展板主要是為各個(gè)硬件之間提供信息交流的中介連接器件，主要提供I/O口，上電電路端，和數(shù)據(jù)傳輸接口。

Microbit是語(yǔ)音識(shí)別分類模塊的主控，可通過在線式網(wǎng)絡(luò)圖形編程聯(lián)絡(luò)相應(yīng)器件之間的信息交流，該硬件具有可靠性高，耐用性強(qiáng)，功耗低，價(jià)格優(yōu)廉易上手的特點(diǎn)。

3.2圖像識(shí)別分類模塊

樹莓派3B+是圖像識(shí)別分類模塊的主控，該硬件模塊系統(tǒng)是基于Linux的開放源代碼的硬件平臺(tái)，外設(shè)8xGPIO、UART、I2C、帶兩個(gè)選擇的SPI總線，+3.3V，+5V，ground（負(fù)極），被美譽(yù)為信用卡片式電腦。該樹莓派主要用于連接microbit進(jìn)行數(shù)據(jù)交流[4]。

樹莓派原裝攝像頭通過樹莓派命令行啟用、調(diào)用和設(shè)置分辨率，圖像識(shí)別原理主要通過樹莓派調(diào)用百度云圖像分類SDK與攝像頭采集圖像對(duì)比，數(shù)據(jù)分析相似度達(dá)到某個(gè)閾值得出識(shí)別結(jié)果信號(hào)傳回樹莓派控制microbit相應(yīng)舵機(jī)開合實(shí)現(xiàn)分類。