基于STM32的智能语音垃圾分类系统

王贝宁

（南京航空航天大学，江苏南京，211100）

0 引言

目前，国家大力推行垃圾分类，越来越多的四色垃圾桶出现在了城镇街头。但是，垃圾分类逐渐暴露出许多问题，如很多人并不清楚垃圾的详细分类，且非自动的垃圾桶在使用时必须进行双手操作，人们手持物品的情况下，很难进行垃圾的投放。针对这些问题，本文设计了一种通过语音控制的智能分类垃圾桶。只需说出需投放垃圾的名称，即可自动打开对应的垃圾盖，从而使垃圾分类投放变得便捷、高效，并且将人们和垃圾隔离，防止细菌相互交叉感染，进一步提高人们的生活水平[1]。

本系统基于stm32单片机，能快速处理得到语音识别的结果，并控制相应的垃圾桶进行开盖，完成垃圾的投放。且在垃圾桶外存在超声波模块对是否有人进行垃圾投放做出判断，使语音识别无需时刻保持工作状态，降低了系统的功耗成本，同时也进一步增加了系统的稳定性与可靠性。随着各地垃圾分类政策实施如火如荼，同时更多的智能控制设备开始逐步运用于生产生活，未来，将会有很多的智能垃圾桶出现在大街小巷，为人们的生活提供便利，让垃圾分类不再成为难事。

1 系统总体设计

智能分类垃圾桶系统主要由数据处理模块、超声波测距模块、语音识别模块和舵机模块构成。图1为系统的总体结构框图。语音识别模块使用LD3320模块采集语音信息经处理后转化为串口信号，向数据处理模块传输。超声波模块采用HCSR04，采集垃圾桶的无障碍 距离传输至数据处理模块，数据处理模块以STM32F103ZET6单片机(以下简称STM32)作为数据处理的核心，先接受超声波模块输入的信号，转换为对应距离，判断垃圾桶前是否有人待投垃圾，通过解析串口信号，单片机判断做出相应IO口的PWM输出，控制相应的舵机模块运作，使舵机运转至对应角度，带动垃圾桶盖的转动，实现开盖操作，当检测到判断垃圾桶前已经无人或持续时间达到预定值时，再次驱动舵机关闭桶盖，完成一次完整的垃圾投放。

图1 智能分类垃圾桶总体框图

图2 垃圾桶实物图

2 系统主要功能模块设计

2.1 数据处理模块

数据处理模块主要用STM32f103ZET6，其接受的数据主要来源于超声波测距模块和语音识别模块。STM32每隔100ms就会进行一次测距，即激活超声波测距模块，其IO口接收到超声波传来的高电平信号，计算出垃圾桶至前方障碍物的距离，并进行判断，若连续五次测距值的平均值小于预先的规定值，STM32便开始接受语音识别模块发送的特征信号，根据接收到的信号，进行判断并由已经配置好的通用计时器进行PWM输出作为控制信号使舵机转动，完成对应的垃圾桶进行开盖操作，并在进行10s左右延时之后，再次驱动舵机，进行桶盖的闭合。

2.2 超声波测距模块

本装置使用HC-SR04芯片，HC-SR04共有四个引脚，引脚1用于供电，接5V电源，引脚2用于接受MCU发出的起始信号，引脚3发送相应高电平信号至STM32，引脚4接地。装置开始运作后，Trig将会接收到MCU发送的长度为10us的高电平信号作为起始信号，装置将会向前方发送超声波并记录发送直至接收所用时间，其Echo的电平将由低变高，并依据测得的距离维持对应的时间，完成之后重新变为低电平直至下一次测距开始。

2.3 舵机模块

舵机本装置使用了SG90，垃圾桶盖与舵机由齿轮与支撑臂连接在一起进行90°转动。当舵机接收到MCU发送的20ms周期信号，且高电平时间为0.5ms（占空比为2.5%）时，舵机转至0°，此时桶盖处于水平状态，实现垃圾桶的闭合；当舵机接收到MCU发送的20ms，高电平时间为1.5ms（占空比为7.5%)时,将带动桶盖进行转至90°对应位置，此时桶盖垂直，实现开盖操作。

2.4 语音识别模块

本装置使用了被广泛应用于各种智能设备上的LD3320，拥有价格亲民、识别率高的优点。其经由SPI通信协议与单片机（STC11L08XE）进行连接，由单片机对识别出的信号做出初步的处理，经由串口输入至MCU中进行分析，控制对应种类的垃圾桶，并且可以连接扬声器进行辅助的语音提示，提升装置与用户的交互性能[2]。

本模块的语音识别语句，可以很方便的进行录入与删改，并设置语句对应的标识，可以很好的适应国家对垃圾分类变化的新标准，提升装置的使用寿命。且考虑到垃圾桶摆放环境有较多干扰信息，因此在语音系统中附加了一级口令保护，大大增加识别的准确性，防止由于干扰造成的误识别。

3 实验结果分析

本装置主要进行语音口令的识别进行试验。

表1 语音口令识别准确率

由上实验结果可以看出，本装置的语音口令识别有着较高的准确性，可认为本装置性能良好，且可进一步优化。

4 结束语

本文将语音识别模块与超声波测距模块运用到了日常使用的分类垃圾桶上，实现了垃圾桶按分类规则通过智能语音识别控制相应垃圾桶开关的功能。该问题的研究初步解决了推行垃圾分类过程中的人们不知道垃圾对应什么种类的问题，并且通过自动进行的开盖操作，使人们的使用更加方便、卫生。另外在该系统的基础上还可以进一步进行开发，如与人进行更详尽语音交互，检测桶内空间剩余情况向主机发送信息让工作人员更换新桶等，提高系统的智能性[3]，具有很大的市场开发价值。