“分类管家”智能分类垃圾桶设计

林崚霄,李观保,龙昊,江佳濠,朱碧敏,吴长俊,李俊锋,郑卓

摘要：随着科技的发展和人们的生活节奏的加快，大部分家居都实行的智能化来适应不断变快的生活节奏，当然，垃圾桶也不例外。加上“垃圾分类”政策的发布，为了让这一政策更快的融入到我们的生活当中，因此，本团队自主研发了一款自带垃圾识别的垃圾桶。该垃圾桶是基于单片机、触摸屏、语音模块、蓝牙控制系统的智能垃圾桶，区别于当下市场的智能垃圾桶，这款智能垃圾桶能够自主识别用户扔的垃圾并通过语音播报将识别的结果反馈给用户。在使用中学习垃圾分类，让垃圾分类融入我们的生活。

关键词：垃圾分类；STM32单片机；智能化

Intelligent classified garbage can

Lin ling xiao

(Guangzhou College of Applied Science and Technology Guangdong Guangzhou 510000)

Abstract: with the development of science and technology and the acceleration of people's pace of life, most household appliances are intelligent to adapt to the ever faster pace of life. Of course, garbage cans are no exception. In addition to the release of the "waste classification" policy, in order to integrate this policy into our lives faster, our team has independently developed a garbage can with its own waste identification. The garbage can is an intelligent garbage can based on single chip microcomputer, touch screen, voice module and Bluetooth control system. It is different from the intelligent garbage can in the current market. This intelligent garbage can can independently identify the garbage thrown by users and feed back the recognition results to users through voice broadcast. Learn garbage classification in use and integrate garbage classification into our life.

Key words: waste classification; STM32 ; intelligent sitting posture

垃圾分类已经上升到国家政策，此项举措对于环境保护、资源有效利用等方面有着不言而喻的作用。

但是现在垃圾分类效果不甚理想，主要原因在于人们对于垃圾分类认识不足，导致此项“举手之劳”难以实现，垃圾投放点总是堆放大量垃圾，并且没有进行垃圾分类。除此以外，还有一个原因在于垃圾分类在源头上就没有做好，如果能在家庭、办公室、宿舍等垃圾收集的第一场景就能有效地进行垃圾分类，这样工作将会变得高效有效。

1. 设计简述

1.1功能介绍

“智能分类垃圾桶”有几种功能模式：用户直接把垃圾扔到该垃圾桶里，系统可以直接识别垃圾的类型，进行自动分类；也可以通过语音模块说出投放的垃圾名称，系统也会自动把垃圾相应的分类桶中；也可以手动打开相应的环保垃圾桶投放垃圾。

（1）自动识别模式：用户把垃圾扔到垃圾桶中，系统自动分类。

（2）语音识别模式：用户说出投放垃圾的名称并将垃圾投放到上方垃圾桶内，垃圾桶会通过语音识别模块进行语音讯息识别该垃圾，并将信息传递给单片机，单片机经过判断后会将垃圾倒入相应的分类桶。

（3）手动投放模式：用户可以像投放一般垃圾一样打开下方的环保垃圾桶投放垃圾。

1.2项目特点

“智能分类垃圾桶”与传统的垃圾桶不同，其除了像传统垃圾桶那样可以手动投放垃圾这一种模式以外，还有其他两种模式：

（1）自动识别模式：用户把垃圾扔到垃圾桶中，系统自动分类。

（2）语音识别模式：用户说出投放垃圾的名称并将垃圾投放到上方垃圾桶内，垃圾桶会通过语音识别模块进行语音讯息识别该垃圾，并将信息传递给单片机，单片机经过判断后会将垃圾倒入相应的分类桶。

（3）手动投放模式：用户可以像投放一般垃圾一样打开下方的环保垃圾桶投放垃圾。

1.3总体设计方案

“智能分类垃圾桶”是利用STM32单片机为控制核心，加上机器视觉模块，驱动电机、语音接收模块、MP3播放模块等一系列模块设计的一款智能垃圾桶，其结构框图和效果如图1所示：

图1智能分类垃圾桶结构框图

1. 硬件选型及硬件设计

1.1语音识别

    本设计采用LD3320模块作为人机交互的语音模块。该模块内部集成了专门为语音服务的电路与芯片，因此，该模块不需要外接任何的辅助电路或者辅助芯片，可以直接通过现有的产品实现语音识别、人机对话、声控等功能。

1.2语音播放

本设计选用的DY-SV5W是一款智能语音模块，具有7种工作模式，简单拨码开关设置；可直接驱动小功率喇叭；支持MP3、WAV解码格式，最大支持32G TF卡存储，可通过USB数据线连接电脑更新TF卡存储音频文件。

本设计应用语音播放模块进行人机交互，具有垃圾种类的提醒、垃圾桶内存的提醒等功能。

1.3步进电机

    本设计选用步进电机作为智能垃圾桶可动关节的电机。步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，这样就能够对电机旋转的角度达到一个精准的控制。

1.4A4988电机驱动

选好使用的电机种类后，就要为其选取一个合适的驱动器。本设计使用的是A4988电机驱动器。A4988电机驱动器是一款带转换器和过流保护的DMOS微步进电机驱动器，它用于操作双极步进电机,在步进模式，输出驱动的能力35V和±2A。转换器是A4988易于实施的关键。只要在“STEP”引脚输入一个脉冲，即可驱动电动机产生微步。无须进行相位顺序表、高频率控制行或复杂的界面编程。A4988界面非常适合复杂的微处理器不可用或过载的应用。

本设计选用A4988步进电机驱动器对步进电机进行精准步长控制，实现垃圾桶门开关功能和控制垃圾进入对应垃圾桶的功能等。

1.5TFTLCD显示屏

本设计选用的是4.3寸的TFTLCD彩色电容屏，该屏幕是ALIENTEK推出的一款高性能4.3寸RGB接口电容触摸屏模块，该模块采用电容触摸屏，支持5点同时触摸，同时触摸屏模块还提供了背光控制功能，在满足开发者开发的同时也极大地方便了用户使用。

本设计使用电容触摸屏来进行人机交互的反馈显示，简化用户的使用步骤，降低用户的操作难度。

1.6主控芯片

本设计选用了意法半导体的STM32F407ZGT6单片机作为系统的主控芯片。这款芯片拥有168MHz的主频、1024KB的FLASH和192KB的RAM。

高主频能代表着芯片处理程序的速度，大内存表示着芯片的板载程序能力，且该芯片有多达14个定时器和低功耗模式，因此，设计选用这款芯片进行开发设计。

2. 系统软件设计

软件设计主要分为轮询和中断两个部分。

轮询部分：轮询部分的代码是需要主控芯片一直进行处理的，且不能间断。在垃圾桶设计中，需要主控芯片一直处理的就只有显示屏部分的代码。显示屏在用户使用中起到尤为重要的作用，需要给用户提供垃圾桶的动作反馈，所以，将显示屏的代码放置在轮询中执行。

中断部分：在垃圾桶的设计过程中，我们将垃圾桶的中断程序分为两个部分去执行。一个是在休眠状态可以通过中断唤醒的，另外一个是需要通过中断去执行的。由于在设计中，采用了人体热释电模块和语音识别模块，所以，垃圾桶在低功耗休眠状态时，用户可以通过靠近和语音的方式去唤醒垃圾桶。将语音播放和电机驱动，语音识别等程序放置在中断执行的部分，是因为这部分程序只有在用户操作时才会执行，所以，为了防止程序之间出现冲突和执行卡顿，将这部分程序放置在中断部分中执行。

图2 智能分类垃圾桶程序框图

3. 结束语

该产品突破市面上现有的智能垃圾桶，将“垃圾分类”这一政策与单片机相结合，通过单片机控制各种智能模块，在家庭、办公室、宿舍等垃圾收集的第一场景就能有效地进行垃圾分类，让垃圾不在是“垃圾”，让变废为宝成为现实，让科技带动政策，政策引领科技，慢慢地深入、融入到我们的生活当中。

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作者简介：林崚霄（1999.5），性别：男，籍贯：广东省湛江市，工作单位：广州应用科技学院，学历：大学本科，研究方向：嵌入式原理

基金项目：2020年广东省科技创新战略专项资金（大学生科技创新培育）-“分类管家”智能分类垃圾桶（项目编号： pdjh2021b0651）