基于PLC 的智能語音垃圾箱系統的設計

李彪 王琮澤 高龍毅 趙慎書 蘇哲

（1、吉林建筑大學電氣與計算機學院，吉林長春 130000 2、榆樹市住房和城鄉建設局，吉林榆樹 130400）

在當今這個充滿信息技術化的新時代中，PLC 控制技術具有極為廣泛的應用，它可以促進各個系統之間的完善與聯系。智能語音系統人們再熟悉不過，它正在潛移默化給予各行業帶來巨大改變，將最繁瑣、最枯燥、最耗時的工作交給智能系統完成，不僅可以大大提高工作效率，而且能更好的把人力資源進行有效合理的分配，減少成本。而此時智能垃圾分類系統便可以體現出其使用性和優越性，經過調查與研究，我們可以基于PLC 技術設計出智能型分類垃圾箱，可以保證在低能耗、低成本的前提下，只需與其對話，便可將垃圾合理分類，并投入對應的自動打開的垃圾箱中，這樣可以大大提高人們生活垃圾分類效率并減少垃圾分類指導者和志愿者的勞動?；赑LC 控制系統設計了智能語音垃圾箱系統，它只需通過人機對話使得垃圾正確分類收集。該文介紹了智能語音垃圾收集系統的概況，重點闡述了此系統的設計。

1 國內外智能垃圾桶研究

對于智能語音垃圾箱的研究，國外已經取得了一系列的成果，其中美國制造了智能垃圾桶正在漸漸地應用開來，我國的眾多學者也對智能垃圾桶十分有興趣?？梢岳脝纹瑱C等，設計出擁有自動感應功能的智能垃圾桶，它是借用紅外傳感器，對垃圾桶的實況進行檢測，判斷其是否已經裝滿，管理人員根據單片機所傳遞的信號，對垃圾桶進行一系列的處理；有部分學者則利用無線通信與紅外設計了智能垃圾桶，人接觸到垃圾桶，紅外波即對信息傳輸，從而實現了對垃圾桶的控制。本文對智能語音垃圾收集系統進行了研究。但國內外對智能垃圾桶的研究均存在一定的不足，如控制系統的復雜以及成本高等問題。

2 PLC 系統選擇原因

該系統由PLC 控制與智能語音系統相結合，方便用戶使用。由于PLC 的低成本低功耗和穩定性能良好，使得該產品的耗能低，在任何情況下都能穩定工作以免對用戶造成困擾，智能語音的控制系統運用PLC 控制后，可以極大提高工作效率且成本低，符合當代社會的綠色環保理念。

圖1

3 智能垃圾桶具體設計

我們這個智能語音系統是由垃圾識別系統、用戶交互系統、垃圾箱聯動系統、矢量量化技術以及太陽能供能系統四個子系統組成。所研發系統實現了生活垃圾分選過程現場實時數據的采集與處理、自動化控制以及數據通訊等功能。該系統主要由中央控制室上位機系統、現場PLC 站、控制設備及檢測儀表組成。上位機集中監視整個生活垃圾分選各個現場設備的運行，并實現整個生產過程的集中管理?，F場PLC 系統在線實時采集各垃圾回收站監視的測量參數，并及時將已填充滿的垃圾箱向管理者匯報并及時進行清空。PLC 采用以太網連接，可以實時檢測問題。并且采用標準的TCP/IP 協議，方便連接與擴充。智能語音垃圾箱的布置要根據實際的需求而決定，由于垃圾箱與控制臺主機保持著連接，連接的方式為有線或無線。主機能夠檢測并計算出垃圾箱的數量，主要借助的上位機軟件，軟件能考慮實況，對垃圾箱的布置進行調整，使得垃圾箱數量配置的合理性。若智能垃圾箱的量超過了垃圾的需求，上位機軟件將用短信通知管理人員對智能垃圾箱數量進行合理分布。在利用軟件的基礎上，保證了清掃的及時性，保證垃圾箱高效發揮出其作用。

圖2

4 垃圾箱電源設計

由于垃圾箱一般布置在室外，主要電源還是來自電網供應配電，其一部分電能由太陽能供應。太陽能電池選擇單晶硅太陽能半導體電池。它的生產工藝已經定型，穩定性和光電轉化率都很高。其轉化率可達40%。在其內部安裝太陽能電池板與鉛蓄電池，在太陽能作用下，其產生的電能儲存在鉛蓄電池內，可在夜晚、陰天等情況下啟用。實現對電能的節省，響應了環境保護的號召。

5 PLC 系統硬件設置

生活垃圾智能分類PLC 控制系統配置有1 個現場PLC 站，3 個智能的I／O 從站，根據生活垃圾箱位置的分布所控制設備的位置分布，所需要的模擬量I／O 點數、數字量I／O 點數以及特殊I／O 點數來布置PLC 站及I／O 從站，并選擇相應的硬件模塊配置。在本項目中所用的PLC 及其模塊配置如下：

（1）CPU 處理器：準備使用西門子的ET200S 系列處理器。

（2）智能輸入/輸出模塊：準備使用西門子的IM151－3PN高性能型接口模塊。

（3）數字量模擬信號輸入與輸出模塊：DI×24VDC，將采用8 個點源輸入數字量輸入模塊，DO×24VDC／0.5A，擁有極性反接保護性質的8 點輸出數字量輸出模塊。

（4）模擬量數字通道模塊：4AI×I2WIREST，四通道二線制模擬量的輸入模塊，2AO×IHS，二通道模擬量的輸出模塊。

（5）電源模塊：主要由太陽能電池充電模塊和供電模塊組成，白天時由太陽能所儲蓄的電進行供電，多余的電由電池存儲，并在晚上無太陽時用存儲的電進行供電，沒有應用國家電網的電，實現了電能的節約運用。

（6）操作員操作接觸屏：準備使用西門子TP700 緊湊型的接觸屏?？梢詫崟r更改梯形圖控制分類。

（7）用戶系統設置，系統直接獲取用戶語音、多個端點檢測、使用量特征值的篩選與提取、用戶反饋數據、控制操作系統運行、語音識別

6 垃圾桶外形設計

第一種：圓柱形垃圾桶，靈敏耐用，占地面積小，容量小，側面的圓弧狀設計，時尚美觀，外壁使用寶藍色加深黃色，充滿活力的同時，又能方便大家定位垃圾桶位置。不設置垃圾桶蓋，圓面投擲口相對寬大，口邊圓滑安全方便。桶頂蓋設計太陽能充電板圓面為垃圾桶提供電量。預計投放場所：室內辦公室，教室等相對小且封閉的辦公場所。第二種：長方體形垃圾桶，扎實厚重，占地面積大，容量大。機械結構采用金屬不銹鋼作為支撐機架。桶體用塑料制作防止過酸過堿腐蝕，同時防止高溫破壞桶體，外部鑲嵌防腐實木，橘紅色外表，鮮艷而醒目。智能感應桶蓋外形采用半圓柱形桶蓋不僅美觀對稱，還可以在打開后從任意方向投入垃圾，解決了單側翻板式桶蓋打開后會擋住一側的問題。垃圾桶上方加裝廣告牌和太陽能電池板，高大的頂部，中高周低，既可防雨又不是美感。預計投放場所：商城、街道、小區、機場車站等人流量密集且開放的地方。

7 垃圾桶設計方案圖形

圖3

8 結論

基于PLC 控制技術的新型智能語音垃圾箱系統，其具有一定的創新性，主要體現在運用了PLC 控制系統，相較于其他的控制系統，PLC 具有可靠性高、抗干擾能力強、體積小、重量輕、能耗低、適用性強、系統的維護方便、容易改造等優點。通過PLC控制的智能語音系統我們可以實現通過語音問答，將垃圾更加正確、高效地分類。與傳統的智能語音系統相比，我們的系統具有低消耗、安全性及可靠性高等優勢，使該項目具有一定的可行性。在設計過程中，垃圾箱具有良好的密封性，保證了其處理的高效性，此時，垃圾桶的內部完全隔絕，減少了其氣味的散出，進而為公眾提供了清新與干凈的環境。