张耀扬
深圳实验中学国际教育基地（新哲书院）
摘 要 《深圳市生活垃圾分类管理条例》获广东省人大常委会批准，已于2020年9月1日起正式实施。对于还没接触或者接触但不熟悉垃圾分类的居民来说，很容易将生活垃圾错分类，同时在自主分类的时候也要花费不少时间。本文主要分析了智能垃圾分类的需求，通过运用现有技术解决目前遇到的问题，介绍了该设备的结构特点、工作原理、关键技术和使用效果等情况
关键词 语音识别 垃圾分类 科技与环保
一、设计背景
生活垃圾分类是将垃圾按照“可回收垃圾”，“有害垃圾”，“厨余垃圾”和“其他垃圾”分门别类投放，目前已经在北京、上海、广州和深圳等地大力宣传与实施。但实际上生活垃圾分类管理条例的实施还是存在很多问题，即使人们已经有了垃圾分类的基本意识，对于还没接触或者接触但不熟悉垃圾分类的居民来说，很容易将生活垃圾错分类，同时在自主分类的时候也要花费不少时间。
随着科学技术的不断发展，“垃圾智能分类”这一概念随着需求衍生，但目前已有的产品或者方案存在以下几个问题：大部分在售的智能垃圾桶功能比较简单，价格比较昂贵，且主要以图像识别与APP应用为主，比较繁琐，实用性不强。同时，媒体上大量推广的智能垃圾桶体积小，只能用于展示，家庭应用极少。
二、结构特点
设备整体与大部分垃圾桶类似，为圆柱装，里面有四个扇形区域，区域大小主要参考了各类型生活垃圾的体积与日投递量，见图1。
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（一）语音识别模块
语音识别处理技术是下一代多模式交互的人机界面设计中的核心技术之一，本设计采用的是以语音交互专用芯片HBR640为核心的语音识别模块，该模块运用非特定人语音识别算法，使用前不需要进行录音和训练，不论性别，要求用户使用标准普通话，可以得到最好的识别效果。
模块使用前需要先将固定词条烧录到语音识别模块中。根据需求，本设备暂时记录部分词条，还需要把应答语句烧录到模块中，识别与应答词条见表1。
同时，本设备还在模块里烧录了部分拟声词，用于排除环境噪音干扰导致的设备误判定。
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（二）超声波测距模块
超声波测距模块使用的是HC-SR04模块，主要用于监视环境状态，即当语音识别智能分类垃圾桶的垃圾投递范围内没有人时，整个设备处于休眠状态，语音识别模块不会工作，有效地防止设备误触发。
（三）舵机控制系统
舵机控制系统由三个MG90S舵机组成，用于将桶盖开口旋转到所识别的类型的垃圾投递箱处，然后通过两个舵机将扇形桶盖打开，等待垃圾投递结束后，再将桶盖合上。
（四）系统控制总成
整个系统的单片机控制器为Arduino Nano模块，Arduino具有使用简单，可扩展性强的优点。Arduino通过I/O口控制语音识别模块识别垃圾名称，接收超声波测距模块返回的距离信息，并产生PWM信号驱动舵机控制系统。各部分按照程序流程图的逻辑顺序在Arduino的控制下正常运行。
四、实用效果
在垃圾桶前说出垃圾的名称，智能垃圾桶会根据语音指令自动分辨垃圾类别并打开对应的类别的垃圾投放口，投入垃圾后垃圾桶盖自动关闭，无需手动开盖，同时解决了垃圾分类问题。