智能语音交互回收机

王立钢+陈楚婷+陈安清

摘 要：本回收机主要用于塑料瓶的自动化回收，系统采用模块化设计，由单片机来协调控制各个模块。采用了自动感应和语音交互的功能，可自动感应用户，语音提示用户操作，同时用户可以通过说话控制相应功能，这种非接触式的操作让使用更加卫生、便捷。同时增加了GPRS无线通信模块，可将各种信息实时发送给服务器，实现了回收的自动化、智能化。

关键词：饮料瓶回收；语音交互；GPRS模块；单片机技术

中图分类号：R124.3 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）23-0035-02

1 概述

目前饮料瓶等塑料垃圾回收仍主要依靠人力回收，但随着人力成本的不断提高，机械化、自动化、智能化的回收已慢慢成为一个新的需求。本论文主要针对生活中的塑料瓶制品，设计了一款可自动回收的智能装置。本装置具有语音交互的功能，可以智能感应是否有人接近，同时自动语音播放使用说明，用户也可以通过语音控制相应的功能，相比以往的通过触摸屏控制[1][2]更加便捷，同时避免了直接与回收机的接触，回收机满后通过GPRS网络自动发信息给服务器通知清理。实现了整个回收过程的自动化和智能化。

2 系统的总体设计

该智能回收机是一台集机电、嵌入式系统、无线GPRS网络为一体的新型环保设备，系统的总体设计包括机械部分和电控部分。机械部分即回收机的外壳以及电机部分，参考市面上常见的智能感应垃圾桶设计了机械部分。电控部分是整个智能回收机的核心，采用了模块化的设计方式，包括了STC12C5A60S2单片机[3]主控制器、语音交互模块、光电感应开关、条形码扫描模块、GPRS无线通信模块组成。系统总体设计框图如下图1所示：

3 系统硬件设计

（1）主控制器：本装置主控制器为高性能、低成本、低功耗、超强抗干扰的STC12C5A60S2单片机。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S），针对电机控制，强干扰场合[4]。

（2）语音交互模块：语音交互包含两个部分，分别是语音合成和语音识别。语音识别即识别用户的语音，实现了用户通过语音控制该回收机的功能；语音合成即将任意文字信息实时转化为标准流畅的语音朗读出来，作为该回收机的语音提示指导用户操作。该语音交互模块采用科大讯飞语音交互模块，该模块可以通过UART、I2C、SPI总线与单片机进行通信。

（3）光电感应开关：本装置通过光电开关自动感应周围是否有人接近，有人接近則配合语音交互模块自动播放使用说明，同时光电开关还用来检测回收机是否已满。光电开关采用NPN型，感应距离10cm-15cm。

（4）条形码扫描模块：本装置通过扫描塑料瓶身的条形码来判断是否为塑料瓶，条形码扫描模块采用YHDAAM100，具有自动感应扫描、扫描速度快、识别度高等优势，通过RS232总线与单片机进行通信。

（5）GPRS无线模块：本回收机通过GPRS模块将回收机满的信息发送给服务器，提醒清理。GPRS模块采用SIM900A，通过串口发送AT指令进行功能控制使用简单。通过RS232总线与单片机进行通信。

4 系统工作流程

首先，当有人靠近时将自动感应并进行语音提示操作，用户根据语音扫描瓶身条码，程序将扫描到的条形码与内部条码数据库进行配对，配对成功后单片机控制直流电机转动，从而打开回收机盖并语音提示将塑料瓶投入，否则一直语音提示重新扫描条形码，直到扫描成功或用户离开；扫描成功后，光电开关感应到塑料瓶落下，回收机关闭。当检测不到瓶子落下时，在用户没离开情况下会语音提示重新投入塑料瓶，直到感应到塑料瓶或用户离开时，才再会关闭回收机盖。当回收机满后，光电开关探测到这一状况，发送信号给单片机，单片机控制GPRS模块发送回收机警报信息给服务器，请求清理。此时有用户使用时，回收机会语音提示回收机已满，请勿使用。具体工作流程图如图2所示。

5 结束语

本回收机从功能上实现了塑料瓶回收的自动化，采用自动感应及语音交互功能使得用户操作变得简单易使用，同时可以有效吸引用户注意，提升使用兴趣，增强用户的环保意识。目前使用条形码扫描方式识别塑料瓶尽管实现简单，但一些瓶身标签破损的瓶子无法识别，下一步拟将采用图像处理的方式对塑料瓶进行识别。

参考文献：

[1]肖锐，陈定方.新型瓶罐回收机的创新设计[J].湖北工业大学学报，2009（4）：57-59.

[2]熊越东，黄华栋.塑料瓶回收器的创新设计[J].机械工程师，2012（11）：25-26.

[3]STC12C5A60S2中文数据手册https：//wenku.baidu.com/view/f2e2762b2f60ddccda38a0be.html.

[4]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2009.