智能語音交互回收機

王立鋼+陳楚婷+陳安清

摘 要：本回收機主要用于塑料瓶的自動化回收，系統采用模塊化設計，由單片機來協調控制各個模塊。采用了自動感應和語音交互的功能，可自動感應用戶，語音提示用戶操作，同時用戶可以通過說話控制相應功能，這種非接觸式的操作讓使用更加衛生、便捷。同時增加了GPRS無線通信模塊，可將各種信息實時發送給服務器，實現了回收的自動化、智能化。

關鍵詞：飲料瓶回收；語音交互；GPRS模塊；單片機技術

中圖分類號：R124.3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）23-0035-02

1 概述

目前飲料瓶等塑料垃圾回收仍主要依靠人力回收，但隨著人力成本的不斷提高，機械化、自動化、智能化的回收已慢慢成為一個新的需求。本論文主要針對生活中的塑料瓶制品，設計了一款可自動回收的智能裝置。本裝置具有語音交互的功能，可以智能感應是否有人接近，同時自動語音播放使用說明，用戶也可以通過語音控制相應的功能，相比以往的通過觸摸屏控制[1][2]更加便捷，同時避免了直接與回收機的接觸，回收機滿后通過GPRS網絡自動發信息給服務器通知清理。實現了整個回收過程的自動化和智能化。

2 系統的總體設計

該智能回收機是一臺集機電、嵌入式系統、無線GPRS網絡為一體的新型環保設備，系統的總體設計包括機械部分和電控部分。機械部分即回收機的外殼以及電機部分，參考市面上常見的智能感應垃圾桶設計了機械部分。電控部分是整個智能回收機的核心，采用了模塊化的設計方式，包括了STC12C5A60S2單片機[3]主控制器、語音交互模塊、光電感應開關、條形碼掃描模塊、GPRS無線通信模塊組成。系統總體設計框圖如下圖1所示：

3 系統硬件設計

（1）主控制器：本裝置主控制器為高性能、低成本、低功耗、超強抗干擾的STC12C5A60S2單片機。內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換（250K/S），針對電機控制，強干擾場合[4]。

（2）語音交互模塊：語音交互包含兩個部分，分別是語音合成和語音識別。語音識別即識別用戶的語音，實現了用戶通過語音控制該回收機的功能；語音合成即將任意文字信息實時轉化為標準流暢的語音朗讀出來，作為該回收機的語音提示指導用戶操作。該語音交互模塊采用科大訊飛語音交互模塊，該模塊可以通過UART、I2C、SPI總線與單片機進行通信。

（3）光電感應開關：本裝置通過光電開關自動感應周圍是否有人接近，有人接近則配合語音交互模塊自動播放使用說明，同時光電開關還用來檢測回收機是否已滿。光電開關采用NPN型，感應距離10cm-15cm。

（4）條形碼掃描模塊：本裝置通過掃描塑料瓶身的條形碼來判斷是否為塑料瓶，條形碼掃描模塊采用YHDAAM100，具有自動感應掃描、掃描速度快、識別度高等優勢，通過RS232總線與單片機進行通信。

（5）GPRS無線模塊：本回收機通過GPRS模塊將回收機滿的信息發送給服務器，提醒清理。GPRS模塊采用SIM900A，通過串口發送AT指令進行功能控制使用簡單。通過RS232總線與單片機進行通信。

4 系統工作流程

首先，當有人靠近時將自動感應并進行語音提示操作，用戶根據語音掃描瓶身條碼，程序將掃描到的條形碼與內部條碼數據庫進行配對，配對成功后單片機控制直流電機轉動，從而打開回收機蓋并語音提示將塑料瓶投入，否則一直語音提示重新掃描條形碼，直到掃描成功或用戶離開；掃描成功后，光電開關感應到塑料瓶落下，回收機關閉。當檢測不到瓶子落下時，在用戶沒離開情況下會語音提示重新投入塑料瓶，直到感應到塑料瓶或用戶離開時，才再會關閉回收機蓋。當回收機滿后，光電開關探測到這一狀況，發送信號給單片機，單片機控制GPRS模塊發送回收機警報信息給服務器，請求清理。此時有用戶使用時，回收機會語音提示回收機已滿，請勿使用。具體工作流程圖如圖2所示。

5 結束語

本回收機從功能上實現了塑料瓶回收的自動化，采用自動感應及語音交互功能使得用戶操作變得簡單易使用，同時可以有效吸引用戶注意，提升使用興趣，增強用戶的環保意識。目前使用條形碼掃描方式識別塑料瓶盡管實現簡單，但一些瓶身標簽破損的瓶子無法識別，下一步擬將采用圖像處理的方式對塑料瓶進行識別。

參考文獻：

[1]肖銳，陳定方.新型瓶罐回收機的創新設計[J].湖北工業大學學報，2009（4）：57-59.

[2]熊越東，黃華棟.塑料瓶回收器的創新設計[J].機械工程師，2012（11）：25-26.

[3]STC12C5A60S2中文數據手冊https：//wenku.baidu.com/view/f2e2762b2f60ddccda38a0be.html.

[4]郭天祥.新概念51單片機C語言教程[M].北京：電子工業出版社，2009.