冯万雷 刘耀龙 吴国峰 董莉霞

摘要：近几年来，随着习近平所提出的“绿水青山就是金山银山”的重要理念，人们对于日常生活中的环保问题也因此越来越注重，绿色生活也从此成为人们生活中所践行的标准。垃圾的分类处理作为提高我国居民生活质量的重要方式之一，成为当今社会生活中所要解决的严峻问题。为了实现我们在日常生活中垃圾分类更加的智能化、便捷化，我们设计了一种基于STM32F103C8T6单片机为主芯片的智能语音垃圾分类系统。通过HLK-V20芯片实现语音识别垃圾种类并控制SG90舵机转动打开相应种类垃圾桶，以此来达到利用语音识别垃圾的种类，实现垃圾的智能分类的目的。既使得人们的生活更加的便利，又提高了人们生活中的垃圾分类意识。

关键词：智能垃圾分类;STM32单片机;语音识别控制;垃圾处理

中图分类号：TP311   文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）35-0110-02

Intelligent Voice Garbage Classification System Based on SCM Control

FENG Wan-lei， LIU Yao-long， WU Guo-feng， DONG Li-xia*

（College of Information Science and Technology， Gansu Agricultural University， Lanzhou 730070， China）

Abstract：In recent years， with the important concept of “green water and green mountains are golden mountains and silver mountains” put forward by President Xi Jinping， people have paid more and more attention to environmental protection issues in daily life， and green life has become a part of people's lives since then.  The standards practiced.  As one of the important ways to improve the quality of life of Chinese residents， the classification and treatment of garbage has become a serious problem to be solved in today's social life.  In order to achieve more intelligent and convenient garbage classification in our daily life， we designed an intelligent voice garbage classification system based on the STM32F103C8T6 microcontroller as the main chip.  The HLK-V20 chip realizes voice recognition of the type of garbage and controls the SG90 steering gear to turn to open the corresponding type of garbage can， so as to achieve the purpose of using voice to recognize the type of garbage and realize the purpose of intelligent classification of garbage.  It not only makes people's lives more convenient， but also improves people's awareness of garbage classification in their lives.

Key words： intelligent garbage classification; STM32 single chip microcomputer; voice recognition control; garbage disposal

垃圾作為人类生活中的必然产物，千百年来一直伴随着人类而存在。据不完全统计，我国居民每年排放的生活垃圾达4亿吨，如何有效地处理好垃圾是我国面临的严峻问题和巨大挑战。近些年来，我国提倡可持续发展理念，对垃圾处理、荒漠改造加大整改力度，投入不少人力物力。另一方面，我国已经进入大数据信息化时代，智能化、自动化是现如今乃至以后科技发展的主要趋势，越来越多的智能系统的出现改变了人们原有生活习惯，也大大地提高了人们工作的效率，尤其是国内智能小区[1]的迅猛发展，让人们享受科技带来便利的同时，意识到原来生活可以如此简单。

为了将垃圾处理同智能系统结合起来，设计一款智能语音控制垃圾分类系统对环境保护和方便居民是非常有必要的，智能语音控制垃圾分类系统可以使居民在日常生活中更加智能便捷地分类生活中产生的垃圾，也大大减轻了垃圾清理人员的工作量，提高了垃圾处理效率，有着极高的使用价值。

1 总体设计

智能垃圾分类系统由STM32F103C8T6芯片[2]作为控制芯片，整个系统主要由麦克风、语音模块、喇叭、舵机、蓝牙模块等若干组成。通过软件层面可以做到各个模块之间的相互配合，做到行人靠近垃圾桶并说出垃圾名字，系统就能自动分析垃圾种类，并找到相对应种类的垃圾桶，然后通过舵机转动打开垃圾盖，实现垃圾归类的功能，系统的原理图如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 STM32单片机控制电路

在此系统中我们采用的是STM32F103C8T6单片机作为主控芯片，此主控芯片是基于ARM Cortex-M3 32位高性能内核[3]。其优点在于封装体积小，接口丰富，而且算力不弱，除此之外，它还具有低功耗、低成本、简单易用的优点。被广泛用在电机驱动、应用控制、手持设备等方面。

2.2 语音模块

我们采用的是HLK-V20芯片作为我们所设计的系统的语音模块。它是一款纯离线、高性能的语音模块[4]，并且它还可以自己定义唤醒词句、命令语句与应答播报语句。这款芯片所具有的优点是：它可以通过神经网络对所接收到的音频信号进行训练学习，从而提高自身语音信号的识别能力[5]，除此之外，它还具有丰富的接口。其主要应用于智能家居，物联网等需要语音操控的电子设备，它是应用最广泛的语音识别模块之一，系统的功能框图如图2所示。

2.3 HC-05蓝牙模块

为使此垃圾分类系统的操作方式不局限于语音识别一种，我们采用HC-05蓝牙模块[6]来实现手机app与智能垃圾桶之间的互联。此HC-05蓝牙模块有着体积小巧，防尘美观，功耗较低的优点，而且配有一个LED灯用来提醒用户蓝牙是否连接，其有效连接距离大概为10米，广泛用于数据采集，智能小车等方面，完全满足此系统需求。蓝牙模块引脚图如图3所示。

2.4 舵机

对于垃圾箱收到指令如何开启闭合的问题，我们采用SG90舵机[7]，SG90舵机是由马达、减速齿轮、控制电路等几个部分组成，它有着响应速度快、扭矩大的优点，其开合范围可以控制在0～180度之间。舵机引脚图如图4所示。

3 软件设计

此分类系统的软件层面主要包括：初始化、语音采集处理程序、垃圾分类程序、语音播报程序、舵机驱动程序等。首先进行系统初始化，然后语音识别模块识别外界信息反馈给主控芯片，之后舵机收到主控芯片发来的指令转动，对不同的垃圾种类，打开相应的垃圾桶盖，最后如果垃圾桶装满，蜂鸣器报警，提醒清洁工清理垃圾，系统软件的流程图如图5所示。

4 结语

目前随着国内智能化设备的大力发展，智能垃圾分类系統必将在全国范围内推广，并且将会与各智能组件相互联动，推动我国智能小区的建设和发展，另外，智能垃圾分类系统还将为人们生活习惯的大数据模型提供数据支持，为实现万物互联，建成智慧城市的目标添砖加瓦。

参考文献：

[1] 邱义，郭一晶.物联网时代的智能小区安防系统研究[J].中国房地产，2020（21）：76-79.

[2] 梅丽凤.单片机原理及接口技术[M].北京：交通大学出版社，2018.

[3] 郭书军.ARM CortexM3系统设计与实现——STM32基础篇[M].北京：电子工业出版社，2018.

[4] 周海兵，胡方哲.语音识别控制系统[J].科技风，2019（14）：92.

[5] 柳若边.深度学习语音识别技术实践[M].北京：清华大学出版社，2019.

[6] 沈炎松.一种基于STM32的远程无线智能家居控制系统[J].赤峰学院学报（自然科学版），2017，33（9）：15-17.

[7] 杨尧，王民钢，闫杰.一种数字电动舵机的非线性PID控制算法研究[J].西北工业大学学报，2010，28（3）：323-326.

【通联编辑：梁书】