環(huán)保智能分類垃圾桶的設(shè)計(jì)

薛欣愿 毛威 白園

摘要：該文利用單片機(jī)技術(shù)研究一種垃圾分類系統(tǒng)，使人們知道垃圾應(yīng)當(dāng)如何歸類，也從強(qiáng)制的手段提醒人們分類垃圾。在單片機(jī)識(shí)別到垃圾種類之后，可以通過(guò)語(yǔ)音輸出模塊提醒垃圾是哪一種垃圾，同時(shí)可以有單片機(jī)控制幾號(hào)垃圾桶打開(kāi)，用戶可以將垃圾放進(jìn)垃圾桶內(nèi)完成垃圾的智能分類，最終實(shí)現(xiàn)垃圾的智能分類，達(dá)到保護(hù)和凈化環(huán)境的作用。

關(guān)鍵詞：智能分類;垃圾回收;單片機(jī)

中圖分類號(hào)：TP3? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）28-0135-03

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 引言

現(xiàn)代社會(huì)，人類產(chǎn)生的垃圾也越來(lái)越多樣化，很多垃圾里還添加著化學(xué)成分或一些有害物質(zhì)，如果所有種類的垃圾都堆放到一起會(huì)產(chǎn)生更多的有害物質(zhì)也會(huì)增加人們因此生病的概率，哪怕是通過(guò)填埋處理也很難保證有害物質(zhì)不會(huì)滲出，就算一時(shí)不會(huì)有問(wèn)題通過(guò)長(zhǎng)年累月的堆積也會(huì)影響到土質(zhì)污染到水源影響后代的生活，所以垃圾分類是處理垃圾公害的最佳解決方法。垃圾分類也是一個(gè)大工程，如果只靠環(huán)衛(wèi)工人是做不到的，要讓每一個(gè)扔垃圾的人都有垃圾分類的意識(shí)。讓垃圾回收、處理和利用更具有高效性是城市垃圾分類回收處理的特點(diǎn)，最大限度地降低城市產(chǎn)生的垃圾給城市造成二次垃圾污染。城市垃圾分類收集后可以將有利用價(jià)值的垃圾進(jìn)行、回收，實(shí)現(xiàn)資源的二次利用。在垃圾的處理中能夠生產(chǎn)出有價(jià)值的產(chǎn)品和可利用的能源，如垃圾焚燒能產(chǎn)生熱能，廢品回收能產(chǎn)生新的產(chǎn)品等[1-2]?？傊?，城市垃圾分類回收與處理對(duì)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，環(huán)境保護(hù)具有十分重要的意義。

垃圾桶是人類生活中必不可少的必需品，在居民生活中，餐飲行業(yè)中也顯得尤為重要。同時(shí)隨著人們的環(huán)保意識(shí)的提高，垃圾桶的種類也越來(lái)越豐富，智能垃圾桶成為人們最方便使用的種類。目前帶蓋的垃圾桶開(kāi)蓋時(shí)需要手動(dòng)或腳踩的方式，這種方式既不衛(wèi)生也不方便，由于垃圾分類是近幾年提出的，有些人不重視垃圾的種類，也分不清垃圾種類，就隨手亂扔，加大了處理垃圾的困難程度。因此本產(chǎn)品符合市場(chǎng)需求，可以進(jìn)行自主分類，不再需要人們花費(fèi)時(shí)間去整理垃圾種類。對(duì)于較多較大的垃圾，機(jī)械臂的力量也會(huì)大于人工的力量，這也為人們的生活提供了不少便利[3]。

本產(chǎn)品還可以將垃圾分類收集后，把有利用價(jià)值的垃圾進(jìn)行、回收，實(shí)現(xiàn)資源的二次利用，也讓垃圾也變得更有意義。智能垃圾桶的出現(xiàn)，就是為了大家可以擁有更好的生活質(zhì)量，更方便的生活方式，同時(shí)也能保護(hù)環(huán)境。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要是利用固高 GTC-NC600-03 運(yùn)動(dòng)控制器和在OtoStudio環(huán)境下開(kāi)發(fā)人機(jī)交互界面的垃圾分類回收系統(tǒng)，同時(shí)通過(guò)機(jī)械臂和夾持裝置的加持，實(shí)現(xiàn)垃圾的回收和處理，最大限度地降低城市產(chǎn)生的垃圾給城市造成二次垃圾污染，設(shè)備主要由垃圾箱組件、機(jī)械臂組件、夾持組件等組成，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示[4]。

2.1紅外線檢測(cè)設(shè)計(jì)

垃圾桶內(nèi)壁填充一層活性炭纖維主要用于凈化桶內(nèi)空氣，吸附垃圾的臭味，防止空氣污染。在垃圾桶的集成電路上，方便垃圾分類。垃圾桶頂部安裝太陽(yáng)能電池板維持垃圾桶用電，每個(gè)類型的垃圾桶口都使用紅外線指示燈探測(cè)，垃圾桶未滿是顯示綠色，垃圾桶已滿指示燈變?yōu)榧t色。垃圾桶紅外線感應(yīng)蓋如圖2所示。

2.2顯示電路設(shè)計(jì)

垃圾桶已滿時(shí)通過(guò)使用固高 GUS 控制器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，使其機(jī)械臂工作，然后將掛載在機(jī)械臂末端的夾持機(jī)構(gòu)通過(guò)三個(gè)步進(jìn)電機(jī)聯(lián)動(dòng)運(yùn)送至路面垃圾桶上方，使其與垃圾桶上方的夾持配合處接觸，然后控制器輸出 I/O 信號(hào)，夾持機(jī)構(gòu)上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械爪閉合抓取垃圾桶接觸裝置，機(jī)械臂三個(gè)步進(jìn)電機(jī)再次聯(lián)動(dòng)，將夾持住的垃圾箱提升出地面，運(yùn)送至車載垃圾廂上方，同時(shí)控制器輸出 I/O 信號(hào)，通過(guò)電磁閥控制氣缸打開(kāi)垃圾傾倒門，機(jī)械臂將垃圾桶放入車載垃圾箱垃圾傾倒門內(nèi)，使垃圾桶與垃圾箱內(nèi)的頂針接觸，解除垃圾桶的自鎖連桿，垃圾桶底面的門在二連桿機(jī)構(gòu)的作用下打開(kāi)，將垃圾桶內(nèi)的垃圾通過(guò)底門倒入車載垃圾箱內(nèi)，然后機(jī)械臂再次三軸聯(lián)動(dòng)，將垃圾桶送回底面坑井內(nèi)，垃圾桶底門連桿機(jī)構(gòu)與坑道內(nèi)底面接觸后，自動(dòng)關(guān)閉底門并鎖定，控制器輸出 I/O 信號(hào)，夾持機(jī)構(gòu)上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械爪松開(kāi)，機(jī)械臂三個(gè)步進(jìn)電機(jī)聯(lián)動(dòng)，使機(jī)械臂回到初始位置，控制器輸出 I/O 信號(hào)，通過(guò)電磁閥控制氣缸驅(qū)動(dòng)垃圾箱內(nèi)的壓縮機(jī)構(gòu)，將垃圾向尾部壓縮，需要將垃圾倒出的時(shí)候，控制器輸出 I/O 信號(hào)，通過(guò)電磁閥控制氣缸驅(qū)動(dòng)垃圾箱后部的尾門打開(kāi)，控制器再次輸出 I/O 信號(hào)，通過(guò)電磁閥控制氣缸驅(qū)動(dòng)垃圾箱內(nèi)的壓縮機(jī)構(gòu)，將車載垃圾箱內(nèi)的垃圾推至垃圾箱尾部，將垃圾箱內(nèi)的垃圾推離箱體[5-6]。如圖3為顯示電路設(shè)計(jì)圖。

2.3語(yǔ)音識(shí)別模塊設(shè)計(jì)

垃圾智能識(shí)別分類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)語(yǔ)音識(shí)別模塊實(shí)現(xiàn)、語(yǔ)言采集、信息及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、噪音去除、數(shù)據(jù)檢索、讀出語(yǔ)音、識(shí)別結(jié)果。

如圖4是語(yǔ)音識(shí)別模塊的電路圖，這兩個(gè)電源供電端口之外，是通過(guò)兩個(gè)通訊端口與固高GUS控制器進(jìn)行通訊。該模塊上其中的一個(gè)咪頭可以作為語(yǔ)音的輸入，將語(yǔ)音轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)會(huì)在語(yǔ)音識(shí)別模塊中進(jìn)行，確定語(yǔ)音的內(nèi)容，將內(nèi)容通過(guò)電信號(hào)的方式傳輸?shù)焦谈逩US控制器中，由固高GUS控制器確定，應(yīng)當(dāng)以何種指令反饋，這就是一種語(yǔ)音模塊與固高GUS控制器的通訊功能的實(shí)現(xiàn)[7]。

3 軟件設(shè)計(jì)

1）實(shí)施4對(duì)主系統(tǒng)的開(kāi)機(jī)檢測(cè)和初始化的操作。

2）實(shí)行控制面板的通訊，分析上控板所發(fā)出的命令。

3）語(yǔ)音傳感器檢測(cè)操縱要依據(jù)設(shè)置控制的命令，命令主要對(duì)于不同電機(jī)的開(kāi)始于關(guān)閉控制。

4）通過(guò)采取語(yǔ)音傳感器的工作狀況，采集語(yǔ)音信息并且識(shí)別。

5）當(dāng)系統(tǒng)計(jì)算數(shù)據(jù)的情況下，可以實(shí)現(xiàn)有可回收垃圾、廚余垃圾、有害垃圾和其他垃圾四種識(shí)別和對(duì)應(yīng)的垃圾桶開(kāi)啟和關(guān)閉工作。

如圖5所示是智能垃圾分類工作流程圖，在正式開(kāi)始之前，開(kāi)始初始化所有的模塊啟動(dòng)定時(shí)器，定時(shí)器是否產(chǎn)生中斷，如產(chǎn)生中斷，則啟動(dòng)語(yǔ)音模塊，語(yǔ)音模塊共有兩級(jí)語(yǔ)音識(shí)別，是為了防止模塊在嘈雜的環(huán)境中出現(xiàn)無(wú)判斷的問(wèn)題，在喊出一級(jí)指令之后，語(yǔ)音模塊識(shí)別此指令，在對(duì)應(yīng)輸入二級(jí)指令，對(duì)二級(jí)指令中的垃圾內(nèi)容進(jìn)行判斷，判斷該垃圾屬于哪一類，由單片機(jī)處理之后輸出語(yǔ)音，并且判斷應(yīng)當(dāng)打開(kāi)哪個(gè)垃圾桶，如果該垃圾為可回收垃圾，則輸出語(yǔ)音為可回收垃圾，同時(shí)控制舵機(jī)打開(kāi)垃圾桶，在一定時(shí)間之后關(guān)上垃圾桶，如果通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別判斷為廚余垃圾，就會(huì)打開(kāi)廚余垃圾桶一段時(shí)間之后關(guān)上垃圾桶，如果通過(guò)判斷出語(yǔ)音內(nèi)容為有害垃圾，就會(huì)打開(kāi)有害垃圾的垃圾桶一段時(shí)間之后關(guān)上垃圾桶，如果通過(guò)判斷為其他垃圾，則打開(kāi)其他垃圾垃圾桶，在一段時(shí)間之內(nèi)關(guān)上垃圾桶，程序結(jié)束[8-9]。

部分代碼如下：

{

u32 temp;

SysTick->LOAD=nus*fac_us;? ? ? //時(shí)間加載

SysTick->VAL=0x00;? ? ? ? ? ? ?//清空計(jì)數(shù)器

SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ; //開(kāi)始倒數(shù)

do

{

temp=SysTick->CTRL;

}while（（temp&0x01）&&?。╰emp&（1<<16）））;? //等待時(shí)間到達(dá)

SysTick->CTRL&=～SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //關(guān)閉計(jì)數(shù)器

SysTick->VAL =0X00;? ? ? ? ? ? //清空計(jì)數(shù)器

}

4 總結(jié)

本文基于固高GUS控制器上對(duì)目前垃圾分類回收的發(fā)展做了詳細(xì)的分析，指出了本文的研究意義。并詳細(xì)介紹了本系統(tǒng)的主要功能，并通過(guò)測(cè)試實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音識(shí)別模塊，紅外線檢測(cè)模塊等，各種模塊互相配合，簡(jiǎn)單易操作，從而實(shí)現(xiàn)了智能垃圾桶的分類。

通過(guò)本系統(tǒng)，可以發(fā)現(xiàn)城市環(huán)境有了明顯的改變，人們不再因?yàn)槔诸悘亩速M(fèi)大量時(shí)間，提高了效率，利于發(fā)展。

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【通聯(lián)編輯：朱寶貴】