西北民族大学 齐 彦

随着人们生活水平日益提高，垃圾的排放量也在增加。我们都知道，垃圾是放错位置的资源，为了实现资源的循环利用，垃圾分类就成为当下的一个重要课题。要想解决这一问题，可从两方面着手：一是通过各种形式的宣传和教育，提高人们对于垃圾分类的自觉意识；二是要从设施上着手，让人们在投放垃圾时可以轻松并准确无误的将垃圾进行分类投放。传统的分类垃圾桶并不能很好的解决这一问题，为了可以在较短的时间内解决这一问题，本次研究主要是从设施上入手，研发一款语音识别智能垃圾桶，只要说出垃圾的名称，对应的垃圾桶盖将自动打开并语音提示所丢垃圾的种类，这样便可以在源头上解决垃圾分类问题。

随着垃圾排放量增加，垃圾处理工作愈发艰难，在垃圾分类处理的过程中也暴露了诸多的问题，小的问题累加到一起就会出现难以解决的大问题。垃圾桶是垃圾处理的第一道程序，也是发生问题最多的所在。为此，我们对兰州市垃圾桶进行了调研，也对兰州部分市民进行了采访。综合调研采访结果，发现了诸多垃圾处理的问题，因而我们研发了一款语音识别智能垃圾桶，很好的解决了传统垃圾桶的诸多不足之处，旨在从源头上解决垃圾处理问题。

1 传统垃圾桶的不足

（1）传统意义上的垃圾桶是没有垃圾分类这一概念的，所有的垃圾都丢进一个垃圾桶是绝大多数人们的习惯。直到现在，虽然分类垃圾桶已经出现，但是传统的垃圾桶依然存在特别是在农村地区。经调查，原因主要是农村里大多数都是老年人，文化水平普遍不高，他们很难准确判断垃圾的种类，所以即使有分类垃圾桶，依然不能解决垃圾分类问题。

（2）传统的分类垃圾桶，虽然也有多个桶用来分别装不同种类的垃圾，但是由于各种原因，人们很少会将垃圾放入指定的垃圾桶内。在快节奏的城市生活中，人们不愿意花时间在区分垃圾的种类上，所以无论是什么垃圾都丢到了距离自己最近的垃圾桶内。有的人或许有垃圾分类的意识，但是可能对自己要丢的垃圾的种类并不清楚，不得已只好随便丢。所以，虽然垃圾桶已经发展进步，但是依然无法解决垃圾分类问题，这样将给垃圾处理带来困难。

（3）当下垃圾桶的种类很多，但是很多垃圾桶是没有盖子的，某些传统的分类垃圾桶也不例外。很多垃圾带有强烈的刺激性气味，时间放久了也会有异味。如果垃圾桶没有盖子，这些异味将会对空气造成污染。有些垃圾桶虽带有盖子，但是由于垃圾桶长时间存放垃圾，垃圾桶盖子上也附着有大量的细菌。当人们打开盖子丢垃圾，有可能会沾染细菌导致生病。

（4）传统的垃圾桶多数是带有盖子的，而且绝大多数垃圾桶是不透明的，这样工作人员很难判断垃圾桶内的垃圾是否已满需要处理。所以，大多数场所的工作人员是按照固定时间来清理垃圾桶内的垃圾的，这样将会导致工作人员在规定时间处理垃圾时，有的垃圾桶内垃圾很少不用处理，有的垃圾桶内垃圾已满甚至溢出，已经对环境造成了污染，这样导致工作人员很难高效的对已满的垃圾桶进行处理。

2 智能语音识别垃圾桶的特点

（1）我们研发的语音识别智能垃圾桶在传统的分类垃圾桶的基础上增加了语音识别功能，当我们对垃圾桶说出所丢垃圾的名称时，垃圾桶会根据垃圾的名称自动判断出垃圾的种类，然后将对应的垃圾桶的盖子打开供我们丢垃圾，这样就很好地解决了垃圾分类问题。这款语音识别智能垃圾桶适用于各种场合，适用于不同的人群，即使不知道垃圾的种类也不会将垃圾丢错，这样就方便了工作人员对垃圾进行分类处理，同时也可以在源头上解决垃圾分类问题。

（2）这款语音识别智能垃圾桶还添加了语音播报功能，在识别出我们所丢垃圾的种类后，还会自动播报一条语音提示，来告诉我们所丢垃圾的种类。这种设计不但给我们科普了垃圾种类的知识，而且实现了人机对话，十分亲民。

（3）这款语音识别智能垃圾桶在识别出垃圾的种类后会自动打开对应垃圾桶的盖子，当垃圾丢进垃圾桶以后垃圾桶的盖子会自动关闭，防止垃圾桶内的异味扩散到空气中。在丢垃圾的过程中全程不需要接触垃圾桶，这样垃圾桶上附着的细菌就无法沾染到人身上，间接保护了人体。

（4）这款语音识别智能垃圾桶还有自动检测功能，可以检测到垃圾桶内的垃圾是否已满。如果检测到垃圾桶内垃圾已满，在垃圾桶上装有的垃圾已满指示灯将会亮起来；此时，再识别到垃圾后，垃圾桶的盖子将不会打开，直到工作人员将垃圾桶内垃圾处理完才能正常使用，这样方便了工作人员观察垃圾内的垃圾是否已满，提高了工作人员的工作效率。

3 智能语音识别垃圾桶设计框图（如图1所示）

4 硬件设计

4.1 ARM单片机

ARM单片机采用了新型的32位ARM核处理器，使其在指令系统、总线结构、调试技术、功耗以及性价比等方面都超过了传统的51系列单片机；同时，ARM单片机在芯片内部集成了大量的片内外设，所以功能和可靠性都大大提高。

图1 智能语音识别垃圾桶设计框图

ARM单片机具有统一和固定长度的指令域，使指令集和指令译码都大大简化。其具有一个大而统一的寄存器文件，大多数数据操作都在寄存器中完成，使指令执行速度更快。用加载/存储结构，使数据处理时只对寄存器操作而不直接对存储器操作，寻址方式简单而灵活，所有加载/存储的地址都只由寄存器的内容和指令域决定，执行效率高。每一条数据处理指令都对算术逻辑单元和移位寄存器进行控制，以最大限度的提高算术逻辑单元和移位寄存器的利用率。采用自动增减地址的寻址方式，有利于优化循环程序的执行；引入多寄存器加载/存储指令，有利于实现数据吞吐量的最大化。

4.2 REC-V2语音识别模块

REC-V2语音识别模块采用非特定人（SI）的语音识别技术，对识别声音没有特殊要求，可以识别中文普通话、地方方言、外语等。本模块具有显著的抗噪性能，在30dB以下基本上能够完全识别；在30dB到50dB的较吵的环境中，也能保持90%以上的识别率。

板载FLASH存储器，无需SD/TF卡即可完成语音识别。语音应答设计，可扩展2GB TF卡，可以任意增加或者修改提示音，提示音可以为短语、歌曲以及各种声音等，可做一问一答的语音应答。所有语音均可由IDE软件迅速下载，具备很好的实时性，在语音结束0.5s内即可得到识别答案。

4.3 光电开关模块

光电开关是传感器的一种，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电绝缘），所以它可以在许多场合得到应用。采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。

4.4 舵机

舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统，在高档遥控玩具（如飞机、潜艇模型、遥控机器人等）中已经得到了普遍应用。舵机的控制信号实际上是一个脉冲宽度调制信号（PWM信号），该信号可由FP-GA器件、模拟电路或单片机产生。比如：人形机器人的手臂和腿，车模和航模的方向控制等。

5 智能语音识别垃圾桶设计流程图（如图2所示）

图2 智能语音识别垃圾桶设计流程图

结束语：垃圾的处理问题一直都是一个难题，作为垃圾处理的第一道程序，垃圾桶的设计也是一个重要的课题。垃圾桶一直在更新换代，更加智能化更加人性化的设计对于垃圾桶来说是一个永恒的话题。本文的语音智能垃圾桶设计，只是在垃圾桶智能化道路上的一次探索，期待更加智能化的产品推出、普及。