基于PLC 的智能语音垃圾箱系统的设计

李彪 王琮泽 高龙毅 赵慎书 苏哲

（1、吉林建筑大学电气与计算机学院，吉林长春 130000 2、榆树市住房和城乡建设局，吉林榆树 130400）

在当今这个充满信息技术化的新时代中，PLC 控制技术具有极为广泛的应用，它可以促进各个系统之间的完善与联系。智能语音系统人们再熟悉不过，它正在潜移默化给予各行业带来巨大改变，将最繁琐、最枯燥、最耗时的工作交给智能系统完成，不仅可以大大提高工作效率，而且能更好的把人力资源进行有效合理的分配，减少成本。而此时智能垃圾分类系统便可以体现出其使用性和优越性，经过调查与研究，我们可以基于PLC 技术设计出智能型分类垃圾箱，可以保证在低能耗、低成本的前提下，只需与其对话，便可将垃圾合理分类，并投入对应的自动打开的垃圾箱中，这样可以大大提高人们生活垃圾分类效率并减少垃圾分类指导者和志愿者的劳动。基于PLC 控制系统设计了智能语音垃圾箱系统，它只需通过人机对话使得垃圾正确分类收集。该文介绍了智能语音垃圾收集系统的概况，重点阐述了此系统的设计。

1 国内外智能垃圾桶研究

对于智能语音垃圾箱的研究，国外已经取得了一系列的成果，其中美国制造了智能垃圾桶正在渐渐地应用开来，我国的众多学者也对智能垃圾桶十分有兴趣。可以利用单片机等，设计出拥有自动感应功能的智能垃圾桶，它是借用红外传感器，对垃圾桶的实况进行检测，判断其是否已经装满，管理人员根据单片机所传递的信号，对垃圾桶进行一系列的处理；有部分学者则利用无线通信与红外设计了智能垃圾桶，人接触到垃圾桶，红外波即对信息传输，从而实现了对垃圾桶的控制。本文对智能语音垃圾收集系统进行了研究。但国内外对智能垃圾桶的研究均存在一定的不足，如控制系统的复杂以及成本高等问题。

2 PLC 系统选择原因

该系统由PLC 控制与智能语音系统相结合，方便用户使用。由于PLC 的低成本低功耗和稳定性能良好，使得该产品的耗能低，在任何情况下都能稳定工作以免对用户造成困扰，智能语音的控制系统运用PLC 控制后，可以极大提高工作效率且成本低，符合当代社会的绿色环保理念。

图1

3 智能垃圾桶具体设计

我们这个智能语音系统是由垃圾识别系统、用户交互系统、垃圾箱联动系统、矢量量化技术以及太阳能供能系统四个子系统组成。所研发系统实现了生活垃圾分选过程现场实时数据的采集与处理、自动化控制以及数据通讯等功能。该系统主要由中央控制室上位机系统、现场PLC 站、控制设备及检测仪表组成。上位机集中监视整个生活垃圾分选各个现场设备的运行，并实现整个生产过程的集中管理。现场PLC 系统在线实时采集各垃圾回收站监视的测量参数，并及时将已填充满的垃圾箱向管理者汇报并及时进行清空。PLC 采用以太网连接，可以实时检测问题。并且采用标准的TCP/IP 协议，方便连接与扩充。智能语音垃圾箱的布置要根据实际的需求而决定，由于垃圾箱与控制台主机保持着连接，连接的方式为有线或无线。主机能够检测并计算出垃圾箱的数量，主要借助的上位机软件，软件能考虑实况，对垃圾箱的布置进行调整，使得垃圾箱数量配置的合理性。若智能垃圾箱的量超过了垃圾的需求，上位机软件将用短信通知管理人员对智能垃圾箱数量进行合理分布。在利用软件的基础上，保证了清扫的及时性，保证垃圾箱高效发挥出其作用。

图2

4 垃圾箱电源设计

由于垃圾箱一般布置在室外，主要电源还是来自电网供应配电，其一部分电能由太阳能供应。太阳能电池选择单晶硅太阳能半导体电池。它的生产工艺已经定型，稳定性和光电转化率都很高。其转化率可达40%。在其内部安装太阳能电池板与铅蓄电池，在太阳能作用下，其产生的电能储存在铅蓄电池内，可在夜晚、阴天等情况下启用。实现对电能的节省，响应了环境保护的号召。

5 PLC 系统硬件设置

生活垃圾智能分类PLC 控制系统配置有1 个现场PLC 站，3 个智能的I／O 从站，根据生活垃圾箱位置的分布所控制设备的位置分布，所需要的模拟量I／O 点数、数字量I／O 点数以及特殊I／O 点数来布置PLC 站及I／O 从站，并选择相应的硬件模块配置。在本项目中所用的PLC 及其模块配置如下：

（1）CPU 处理器：准备使用西门子的ET200S 系列处理器。

（2）智能输入/输出模块：准备使用西门子的IM151－3PN高性能型接口模块。

（3）数字量模拟信号输入与输出模块：DI×24VDC，将采用8 个点源输入数字量输入模块，DO×24VDC／0.5A，拥有极性反接保护性质的8 点输出数字量输出模块。

（4）模拟量数字通道模块：4AI×I2WIREST，四通道二线制模拟量的输入模块，2AO×IHS，二通道模拟量的输出模块。

（5）电源模块：主要由太阳能电池充电模块和供电模块组成，白天时由太阳能所储蓄的电进行供电，多余的电由电池存储，并在晚上无太阳时用存储的电进行供电，没有应用国家电网的电，实现了电能的节约运用。

（6）操作员操作接触屏：准备使用西门子TP700 紧凑型的接触屏。可以实时更改梯形图控制分类。

（7）用户系统设置，系统直接获取用户语音、多个端点检测、使用量特征值的筛选与提取、用户反馈数据、控制操作系统运行、语音识别

6 垃圾桶外形设计

第一种：圆柱形垃圾桶，灵敏耐用，占地面积小，容量小，侧面的圆弧状设计，时尚美观，外壁使用宝蓝色加深黄色，充满活力的同时，又能方便大家定位垃圾桶位置。不设置垃圾桶盖，圆面投掷口相对宽大，口边圆滑安全方便。桶顶盖设计太阳能充电板圆面为垃圾桶提供电量。预计投放场所：室内办公室，教室等相对小且封闭的办公场所。第二种：长方体形垃圾桶，扎实厚重，占地面积大，容量大。机械结构采用金属不锈钢作为支撑机架。桶体用塑料制作防止过酸过碱腐蚀，同时防止高温破坏桶体，外部镶嵌防腐实木，橘红色外表，鲜艳而醒目。智能感应桶盖外形采用半圆柱形桶盖不仅美观对称，还可以在打开后从任意方向投入垃圾，解决了单侧翻板式桶盖打开后会挡住一侧的问题。垃圾桶上方加装广告牌和太阳能电池板，高大的顶部，中高周低，既可防雨又不是美感。预计投放场所：商城、街道、小区、机场车站等人流量密集且开放的地方。

7 垃圾桶设计方案图形

图3

8 结论

基于PLC 控制技术的新型智能语音垃圾箱系统，其具有一定的创新性，主要体现在运用了PLC 控制系统，相较于其他的控制系统，PLC 具有可靠性高、抗干扰能力强、体积小、重量轻、能耗低、适用性强、系统的维护方便、容易改造等优点。通过PLC控制的智能语音系统我们可以实现通过语音问答，将垃圾更加正确、高效地分类。与传统的智能语音系统相比，我们的系统具有低消耗、安全性及可靠性高等优势，使该项目具有一定的可行性。在设计过程中，垃圾箱具有良好的密封性，保证了其处理的高效性，此时，垃圾桶的内部完全隔绝，减少了其气味的散出，进而为公众提供了清新与干净的环境。