家用智能語音垃圾箱的設計與應用

黨譽豪　王廷軍　張貫堯　袁冰磊　張夢晨

摘要：隨著垃圾分類的普及，人們希望能夠有一種簡單、輕松的垃圾分類裝置。為此，設計了一種智能語音控制垃圾箱，由垃圾放入裝置、語音識別系統、推桿電機推動垃圾分類裝置、垃圾存儲裝置、垃圾容積檢測系統、垃圾消毒系統等組成，采用語音識別垃圾的類別，通過推桿電機推動將垃圾放入相應的垃圾箱內對應儲存室，智能語音分類是使用者不需要專業的垃圾分類知識，就能夠做到了自動進行垃圾精準分類，實現家庭、小區、單位等的垃圾精確分類回收。具有操作簡單，容錯率高的特點，使人們對垃圾分類掌握不準確的問題得以解決。

關鍵詞：智能語音垃圾箱;語音識別;垃圾自動精準分類;精確回收

目前，隨著生態文明建設和人們環保意識的增強，人們對環保的重視程度也越來越高。環保是一個永恒的話題，需要我們做的地方還有很多，家庭垃圾分類這件事大家每天都在做，就會逐漸培養好的垃圾分類習慣，更好地增強我們的環保意識。由于國內垃圾分類開始細化，一些垃圾的分類對于一般人來說很頭疼，雖然知道一些簡單垃圾的分類，但難以做到全面、細化的掌握，并且對大部分上班族無心記這些東西明細，這樣就會導致分類錯誤、環保壓力加大等一些問題。

目前，“垃圾分類”存在的問題主要在于：怎樣使垃圾分類的標準統一化并且采取統一獎懲制度;怎樣引導相關部門進行垃圾分類宣傳;怎樣使居民垃圾分類的意識提高，讓他們愿意進行垃圾分類;怎樣使垃圾分類設備更加全面，使設備技術較得到提升。其中最后一條正是需要研究的一個難題。

解決以上問題可以采用的方法較多，比如，需要國家政策引導與財政支持，讓分類垃圾箱能夠更加便捷、快速，讓人們覺得垃圾分類不再變得煩瑣和復雜。這也就要求要投入大量財力和人力進行研究如何進行分類垃圾箱的創新，讓扔垃圾更便捷。比如需要解決分類垃圾箱的清潔與環保問題讓人們不再對垃圾箱感到厭惡;需要提升生活垃圾的二次利用的技術，提高垃圾資源的可循環利用率等。

本文研究的“家用智能語音垃圾箱”，具有語音模塊裝置，利用語音識別大數據庫，只要說出投入垃圾箱的垃圾名稱（比如蘋果核、瓜子殼等），無須說出其垃圾類型，垃圾箱就會自動分類垃圾類型，并對應存儲，相比于一般的分類垃圾箱更能體現出“智能分類”這個思想。有利于讓一些環保意識薄弱的人也養成垃圾分類的習慣，也會讓大家更愿意、更便利地進行家庭垃圾分類[1]。

1 垃圾箱的發展前景及現狀

1.1 發展前景

人民的生活正在日益變得更好，以至于越來越多的人注重生活的質量，對于環境問題也是越來越注重，當然生活垃圾是生活中不可忽視的問題，這也就推出了垃圾分類的新課題。在智能語音分類垃圾箱沒有出現前，家中垃圾桶乃至于路邊的垃圾桶都是隨意丟棄，導致了垃圾桶經常散發臭味，垃圾房環境臟亂差等情況。為解決這些情況許多城市設置相應的試點智能分類垃圾箱。不僅如此，政府及社區可以進行積極大力地宣傳和實踐進行垃圾分類。其次，生活垃圾資源豐富，可利用資源空間價值大。隨著智能產品逐漸出現在人們的視野中，幾乎智能產品隨處可見，正因如此垃圾桶也需要進行技術的創新和改革，語音識別分類垃圾桶是智能化生活的一個新領域，基于垃圾分類和保護環境的發展。由于垃圾分類進行的如火如荼和大家對于環保意識的逐漸增強，語音識別垃圾箱不管是對于家庭還是任何地方需求肯定也會越來越大，其他行業也會隨著語音識別垃圾箱的需求擴大而擴大，因此語音識別垃圾箱的市場前景非常廣闊。[2]

1.2 現狀

垃圾箱是我們生活中丟棄垃圾的容器，間接地反映著社會文化的程度。人民生活水平的提高也使得我們周圍的生活垃圾越來越多，這樣就會導致有時候來不及清理垃圾桶而使得垃圾桶周圍變得臟亂差，會讓后面的人也跟著隨意丟棄，如此惡性循環，從而讓人們更加不注重垃圾的分類和處理。目前國內研發的智能分類垃圾桶有無須觸碰的，有殺菌功能的，有通過手機軟件控制的，有自動散味功能的。而我們此次研究語音識別智能垃圾桶，只要對著垃圾桶說出想要扔掉的垃圾，由語音模塊進行識別并將其分類扔到不同的桶內，讓人們更加便捷地扔垃圾，不用思考是什么類型的垃圾。[3]

本文設計了一種適合家用的、能夠對垃圾通過語音識別自動精準分類的智能語音垃圾箱。

2 總體設計

2.1 智能語音垃圾箱的工作原理

智能語音垃圾箱主要由垃圾放入裝置、語音識別系統、推桿電機推動垃圾分類裝置、垃圾存儲裝置、垃圾容積檢測系統、垃圾消毒系統組成。使用者講出垃圾的類型，從而進行語音識別然后相應垃圾箱單元通過推桿電機推動垃圾分類裝置開蓋進而垃圾掉入相應的垃圾箱單元里。垃圾箱單元開蓋由小型推桿電機推動垃圾分類裝置驅動，通過單片機控制各個垃圾箱單元，保證裝置運作的準確性。

2.2 智能語音垃圾箱的總體結構

智能語音垃圾箱的結構示意圖如圖1所示，主要零部件包括紫外線殺菌裝置、桶體、推桿電機、垃圾托盤、LED顯示屏、紅外線感應裝置、桶口、桶蓋、紅外線感應裝置、轉軸、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 4.垃圾托盤 5LED顯示屏 6.紅外線感應裝置2 7.桶口 8.桶蓋 9.紅外線感應裝置2 10.轉軸 11.垃圾箱單元 12.垃圾箱底座

兩組紅外線感應裝置分別用于檢測人的靠近、用于檢測垃圾箱是否裝滿。桶蓋具有自動打開功能。當人們靠近垃圾箱一定距離時，紅外線識別裝置識別后，桶蓋自動打開，人們把垃圾投放至桶體后，桶蓋再自動關閉。

桶蓋打開后，人們把生活垃圾放入桶中，桶蓋隨即在分出垃圾類別前，垃圾暫存于四個擋板中間，在人們說出垃圾名稱后，語音識別裝置根據已有數據分辨出垃圾類別，信息傳遞到單片機后，使控制此垃圾對應類別小桶上方擋板的推桿電機斷電，對應小桶打開，垃圾掉入對應小桶。垃圾分類完成后，小型推桿電機推桿再次通電，使擋板恢復，等待下一次投放垃圾。

每個小桶內的紫外線殺菌裝置定期進行桶內殺菌，具有垃圾容量檢測及垃圾清理功能。當小桶內垃圾快滿的時候，紅外線裝置檢測出垃圾容量并把數據傳入LED屏，顯示出垃圾容量，提醒人們清理垃圾。

3 結構設計與分析

3.1 智能語音垃圾箱語音識別

通過智能語音識別，人們對該智能語音垃圾箱說出所扔垃圾的名稱，則可以通過垃圾名稱分辨其垃圾種類，然后將垃圾掉入相應的垃圾箱單元中，垃圾得到準確的分類。

3.2 智能語音垃圾箱箱蓋小型推桿電機推動

每個對應垃圾箱的垃圾箱單元都有一個蓋子，相應垃圾掉入通過語音識別后，相應的垃圾箱單元的蓋子會通過小型推桿電機推動垃圾分類裝置斷電脫磁然后垃圾會掉入相應的垃圾箱單元中，垃圾則得到準確的分類。

3.3 垃圾箱體局部

3.3.1 垃圾箱結構設計

智能語音垃圾箱的結構示意圖如圖2所示，下方的四個方形卡槽分別放干垃圾，濕垃圾，可回收垃圾，有害垃圾四個垃圾箱單元，如上述所講四個垃圾箱單元分別放在下面的四個卡槽當中，上面的垃圾識別后，通過小型推桿電機推桿推拉上方的半漏斗形狀的小蓋子來控制蓋子的開閉，進而實現垃圾掉入相應的下面的垃圾箱小單元中，實現垃圾分類。

垃圾箱上面具有類似半漏斗形狀則為垃圾分離裝置，主要負責垃圾投入到該裝置里面后，通過使用者的語音識別出垃圾的種類，進而利用小型推桿電機推桿選擇打開相應的蓋子，然后垃圾掉入下面相應的垃圾箱中，垃圾分類完成。

3.3.2 智能語音垃圾箱垃圾箱桶蓋

智能語音垃圾箱的桶蓋如圖3所示，對于該智能語音垃圾箱的桶蓋，由于對于桶身的結構并不能放太多的控制等結構，并且桶身還需要將垃圾箱單元拿出來倒垃圾等問題，為了方便垃圾箱單元的拿出等一些問題，將控制等方面的各種裝置設備放在智能語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 智能語音垃圾箱控制流程圖

智能語音垃圾箱的工作流程圖如圖4所示：

5 系統的特點

5.1 語音控制

該智能語音垃圾箱為家用的垃圾箱，目前只能實現家中垃圾的分類，避免出現扔垃圾排隊，以及室外聲音嘈雜影響語音識別等現象，在家中說出特定語音或按下開關即可使用。

5.2 智能識別

該垃圾箱通過語音的識別將語音信號轉化為電信號進而實現對垃圾的識別。

5.3 推桿電機推動垃圾分類自動分類儲存

垃圾掉到垃圾箱單元上時，相應位置的小型推桿電機推動垃圾分類裝置會脫電，然后垃圾則將會掉入相應的垃圾箱單元中，此種結構簡單、可靠。

6 結語

目前，隨著人們生活水平的提高和人們環保意識的增強，在垃圾分類這一方面，由于人們以前并不能很好地進行垃圾分類，對環境保護造成了一定的負擔，該智能語音分類垃圾箱將能為人們垃圾分類減輕負擔。為了守護我們美好的家園，通過對智能語音分類垃圾箱不斷完善和改進，智能垃圾箱將會普及到每個人家中。

參考文獻：

[1]蔣宇，何其鑫.關于當前“垃圾分類”面臨的難題、解決措施等問題的探究[J].山西青年，20207（下）：6970.

[2]戴一諾，何其鑫.智能檢測垃圾箱未來前景探究[J].青年與社會，20205（中）：151.

[3]賴澤長，鄭錦輝，李兵.一種智能環衛垃圾箱的設計及其應用[J].電腦知識與技術，2017，13（6）：207.

[4]楊家軍，張衛國.機械設計基礎[M].華中科技大學出版社，2003.

[5]成大先.機械設計手冊[M].化學工業出版社，2016.