環(huán)保智能分類垃圾桶的設(shè)計

薛欣愿 毛威 白園

摘要：該文利用單片機技術(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，也從強制的手段提醒人們分類垃圾。在單片機識別到垃圾種類之后，可以通過語音輸出模塊提醒垃圾是哪一種垃圾，同時可以有單片機控制幾號垃圾桶打開，用戶可以將垃圾放進垃圾桶內(nèi)完成垃圾的智能分類，最終實現(xiàn)垃圾的智能分類，達到保護和凈化環(huán)境的作用。

關(guān)鍵詞：智能分類;垃圾回收;單片機

中圖分類號：TP3? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）28-0135-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

1 引言

現(xiàn)代社會，人類產(chǎn)生的垃圾也越來越多樣化，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產(chǎn)生更多的有害物質(zhì)也會增加人們因此生病的概率，哪怕是通過填埋處理也很難保證有害物質(zhì)不會滲出，就算一時不會有問題通過長年累月的堆積也會影響到土質(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。垃圾分類也是一個大工程，如果只靠環(huán)衛(wèi)工人是做不到的，要讓每一個扔垃圾的人都有垃圾分類的意識。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，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值的垃圾進行、回收，實現(xiàn)資源的二次利用。在垃圾的處理中能夠生產(chǎn)出有價值的產(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]。總之，城市垃圾分類回收與處理對城市經(jīng)濟發(fā)展，環(huán)境保護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。同時隨著人們的環(huán)保意識的提高，垃圾桶的種類也越來越豐富，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蓋時需要手動或腳踩的方式，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)品符合市場需求，可以進行自主分類，不再需要人們花費時間去整理垃圾種類。對于較多較大的垃圾，機械臂的力量也會大于人工的力量，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，把有利用價值的垃圾進行、回收，實現(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，同時也能保護環(huán)境。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本設(shè)計主要是利用固高 GTC-NC600-03 運動控制器和在OtoStudio環(huán)境下開發(fā)人機交互界面的垃圾分類回收系統(tǒng)，同時通過機械臂和夾持裝置的加持，實現(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紅外線檢測設(shè)計

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能電池板維持垃圾桶用電，每個類型的垃圾桶口都使用紅外線指示燈探測，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

垃圾桶已滿時通過使用固高 GUS 控制器驅(qū)動步進電機，使其機械臂工作，然后將掛載在機械臂末端的夾持機構(gòu)通過三個步進電機聯(lián)動運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，夾持機構(gòu)上的電機驅(qū)動機械爪閉合抓取垃圾桶接觸裝置，機械臂三個步進電機再次聯(lián)動，將夾持住的垃圾箱提升出地面，運送至車載垃圾廂上方，同時控制器輸出 I/O 信號，通過電磁閥控制氣缸打開垃圾傾倒門，機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構(gòu)的作用下打開，將垃圾桶內(nèi)的垃圾通過底門倒入車載垃圾箱內(nèi)，然后機械臂再次三軸聯(lián)動，將垃圾桶送回底面坑井內(nèi)，垃圾桶底門連桿機構(gòu)與坑道內(nèi)底面接觸后，自動關(guān)閉底門并鎖定，控制器輸出 I/O 信號，夾持機構(gòu)上的電機驅(qū)動機械爪松開，機械臂三個步進電機聯(lián)動，使機械臂回到初始位置，控制器輸出 I/O 信號，通過電磁閥控制氣缸驅(qū)動垃圾箱內(nèi)的壓縮機構(gòu)，將垃圾向尾部壓縮，需要將垃圾倒出的時候，控制器輸出 I/O 信號，通過電磁閥控制氣缸驅(qū)動垃圾箱后部的尾門打開，控制器再次輸出 I/O 信號，通過電磁閥控制氣缸驅(qū)動垃圾箱內(nèi)的壓縮機構(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)計圖。

2.3語音識別模塊設(shè)計

垃圾智能識別分類系統(tǒng)的設(shè)計語音識別模塊實現(xiàn)、語言采集、信息及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、噪音去除、數(shù)據(jù)檢索、讀出語音、識別結(jié)果。

如圖4是語音識別模塊的電路圖，這兩個電源供電端口之外，是通過兩個通訊端口與固高GUS控制器進行通訊。該模塊上其中的一個咪頭可以作為語音的輸入，將語音轉(zhuǎn)換為電信號，電信號會在語音識別模塊中進行，確定語音的內(nèi)容，將內(nèi)容通過電信號的方式傳輸?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，這就是一種語音模塊與固高GUS控制器的通訊功能的實現(xiàn)[7]。

3 軟件設(shè)計

1）實施4對主系統(tǒng)的開機檢測和初始化的操作。

2）實行控制面板的通訊，分析上控板所發(fā)出的命令。

3）語音傳感器檢測操縱要依據(jù)設(shè)置控制的命令，命令主要對于不同電機的開始于關(guān)閉控制。

4）通過采取語音傳感器的工作狀況，采集語音信息并且識別。

5）當(dāng)系統(tǒng)計算數(shù)據(jù)的情況下，可以實現(xiàn)有可回收垃圾、廚余垃圾、有害垃圾和其他垃圾四種識別和對應(yīng)的垃圾桶開啟和關(guān)閉工作。

如圖5所示是智能垃圾分類工作流程圖，在正式開始之前，開始初始化所有的模塊啟動定時器，定時器是否產(chǎn)生中斷，如產(chǎn)生中斷，則啟動語音模塊，語音模塊共有兩級語音識別，是為了防止模塊在嘈雜的環(huán)境中出現(xiàn)無判斷的問題，在喊出一級指令之后，語音模塊識別此指令，在對應(yīng)輸入二級指令，對二級指令中的垃圾內(nèi)容進行判斷，判斷該垃圾屬于哪一類，由單片機處理之后輸出語音，并且判斷應(yīng)當(dāng)打開哪個垃圾桶，如果該垃圾為可回收垃圾，則輸出語音為可回收垃圾，同時控制舵機打開垃圾桶，在一定時間之后關(guān)上垃圾桶，如果通過語音識別判斷為廚余垃圾，就會打開廚余垃圾桶一段時間之后關(guān)上垃圾桶，如果通過判斷出語音內(nèi)容為有害垃圾，就會打開有害垃圾的垃圾桶一段時間之后關(guān)上垃圾桶，如果通過判斷為其他垃圾，則打開其他垃圾垃圾桶，在一段時間之內(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;? ? ? //時間加載

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

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

do

{

temp=SysTick->CTRL;

}while（（temp&0x01）&&！（temp&（1<<16）））;? //等待時間到達

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

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

}

4 總結(jié)

本文基于固高GUS控制器上對目前垃圾分類回收的發(fā)展做了詳細的分析，指出了本文的研究意義。并詳細介紹了本系統(tǒng)的主要功能，并通過測試實現(xiàn)了語音識別模塊，紅外線檢測模塊等，各種模塊互相配合，簡單易操作，從而實現(xiàn)了智能垃圾桶的分類。

通過本系統(tǒng)，可以發(fā)現(xiàn)城市環(huán)境有了明顯的改變，人們不再因為垃圾分類從而浪費大量時間，提高了效率，利于發(fā)展。

參考文獻：

[1] 周宇輝，何志琴，胡娟，等.基于OpenMV垃圾分類的智能垃圾桶系統(tǒng)設(shè)計[J].智能計算機與應(yīng)用，2020，10（5）：71-75.

[2] 張秀芳，龔小梅，占小洋，等.垃圾分類之自動識別技術(shù)探索[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2021（1）：178-180，184.

[3] 羅學(xué)論，梁銳，王柯，等.街道智能垃圾分類箱的控制設(shè)計[J].機械工程與自動化，2019（4）：184-185，188.

[4] 張宏明.城市生活垃圾分類收集困境與紓解建議[J].環(huán)境與發(fā)展，2020，32（12）：28-29.

[5] 韓景超，王正發(fā)，劉雙龍.城市生活垃圾制氣技術(shù)研究[J].環(huán)境與發(fā)展，2020，32（12）：64-66.

[6] 李君銳，池龍，張繼斌，等.生態(tài)振新戰(zhàn)略下農(nóng)村垃圾分類智能系統(tǒng)的對策研究[J].科技視界，2020（36）：93-95.

[7] 馬新玲，郭兆陽，樂祺中，等.多種識別方式組合的智能分類垃圾桶[J].機械與電子，2020，38（12）：33-36，41.

[8] 吳杭，趙川東，吳成玉，等.語音控制智能分類垃圾桶的設(shè)計與實現(xiàn)[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2020，19（6）：20-23.

[9] 張藝藍，金紅.基于語音系統(tǒng)的垃圾分類控制裝置的設(shè)計[J].電子技術(shù)與軟件工程，2020（10）：66-68.

【通聯(lián)編輯：朱寶貴】