基于树莓派的智能垃圾分类桶设计

王雪 叶长青 杜雨洋

摘要：此设计针对当前社会对于垃圾分类行业需求，设计了一款以树莓派（Raspberry Pi），microbit为主控实现信息交流传输，采用语音识别模块，树莓派原装摄像头（raspberry camera）作为外部环境信息获取端，结合外围电路及部分硬件的低成本，应用性高的智能语音垃圾分类桶。该桶通过对外围环境垃圾名称的语音分析或者摄像头对垃圾图像的识别，再通过舵机控制对应垃圾桶的开合而实现整个垃圾分类的过程。

关键词：垃圾分类;树莓派;microbit;语音识别;图像分类

中图分类号：TP18         文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）25-0114-02

Abstract：In view of current social demand for garbage classification industry， this paper Designs a Raspberry Pi， Microbit as the main control to achieve information exchange and transmission， using speech recognition module， Raspberry Pi original camera as the external environment information acquisition end， combined with the peripheral circuit and some hardware of low cost， high application of intelligent voice garbage sorting bucket.The bucket identifies the right garbage type through the voice analysis of the garbage name in the peripheral environment or the adoption of the garbage image by the camera， and then realizes the whole garbage sorting process by controlling the opening and closing of the corresponding garbage cans through the steering gear

Key words：garbage classification;raspberry pi; microbit; automatic speech recognition; image classification

1  引言

隨着我国社会经济的提高和人们生活水平的不断改善，人们的追求不再停留于当前的物质需求而要寻求长远的可持续的发展，从而衍生出垃圾分类等一系列的绿色产业链需求，但在我国垃圾分类尚处于起步阶段，群众的思想意识还不是很强，大体上并不能构成标准化科学化的垃圾分类，因此垃圾分类需始于设计。

设计采用了树莓派、microbit为主控;结合了串口传输技术、百度云图像分类技术SDK以及计算机技术，设计了一款具备可选择语音识别分类模式和图像识别分类模式的垃圾分类桶[1]。

2 系统方案设计

语音智能垃圾分类的总体设计框图如图1所示。在本设计中主要包含语音识别模块和图像识别模块两个部分。语音识别模块以microbit为主控板，以语音识别模块为媒介获取外接垃圾名称的语音信息及时分析处理，控制对应舵机开合并调用MP3模块储存的声源信息进行反馈出对应垃圾名称;图像识别模块以树莓派为主控板，以树莓派3B+摄像头采集外界环境垃圾图像为反馈端，主板调用百度云识别库进行信息处理分析对应垃圾种类，在控制对应舵机开合完成分类。

3 系统硬件模块设计

3.1语音识别分类模块

语音识别模块主要通过USB设置器连接电脑端对其内容进行初始化和烧录入相应的垃圾识别名称，在其启动时获取环境音与模块内的垃圾名称发音对照[2]。输入垃圾名称命令每类可烧录255条，满足家庭日常垃圾分类需求。

按键模块有滑动按键和按钮按键，滑动按键用于切换语音识别模式，是为唤醒词模式或按键输入模式，唤醒模式通过规定汉字发音唤醒后再进行垃圾识别的音标对照，按键模式通过按下按键同时说出垃圾名称进行音标对照。按键模式都是为了避免机器长期工作外界噪音对其识别干扰。

对MP3模块进行录入垃圾名称的音频，在实现垃圾名称识别后进行调用MP3中的音频小音箱进行播报实现语音信息反馈[3]。

Microbit扩展板主要是为各个硬件之间提供信息交流的中介连接器件，主要提供I/O口，上电电路端，和数据传输接口。

Microbit是语音识别分类模块的主控，可通过在线式网络图形编程联络相应器件之间的信息交流，该硬件具有可靠性高，耐用性强，功耗低，价格优廉易上手的特点。

3.2图像识别分类模块

树莓派3B+是图像识别分类模块的主控，该硬件模块系统是基于Linux的开放源代码的硬件平台，外设8xGPIO、UART、I2C、带两个选择的SPI总线，+3.3V，+5V，ground（负极），被美誉为信用卡片式电脑。该树莓派主要用于连接microbit进行数据交流[4]。

树莓派原装摄像头通过树莓派命令行启用、调用和设置分辨率，图像识别原理主要通过树莓派调用百度云图像分类SDK与摄像头采集图像对比，数据分析相似度达到某个阈值得出识别结果信号传回树莓派控制microbit相应舵机开合实现分类。