智能分类垃圾处理系统设计

2022-07-21曾庆祎

无线互联科技 2022年9期

丛笑,曾庆祎,韦颖

(安徽三联学院电子电气工程学院,安徽合肥 230601)

0 引言

当今社会,环境问题的严重性日益加重,通过调查,发现所谓垃圾其实都是资源,当被人们放错了位置时它才是垃圾。通过垃圾分类,这些物质可以集中到专业机构进行无害化处理,可以减少环境污染,甚至有些有毒有害垃圾经过处理后还可以变废为宝。而我国城市垃圾中生活垃圾的来源很广,但却很分散。只要是有人在的地方,就会产生垃圾。人们面对日益增长的垃圾产量和环境状况恶化的局面,可通过有效的垃圾分类管理,最大限度地减少垃圾处置量。

1 智能分类垃圾桶的设计

为了彻底解决传统垃圾桶存在的卫生感染隐患,有效杜绝各种传染性疾病通过垃圾进行传播,目前,政府已经投入使用的集中垃圾投放点,将生活垃圾分为4类:可回收垃圾、厨余垃圾、其他垃圾、有害垃圾,通过人工分类的方法,将垃圾分类进行投递,并且规定了投递的两个时间段,一般中等规模的小区设置2～4 个类似的生活垃圾分类投放点,目前投入使用的集中垃圾投放点配有操作间、紫外消毒灯[1]。

但是,垃圾投放给投放者造成诸多疑惑与不便。本项目致力于设计出一种检测并自动打开垃圾桶盖的智能系统。当人的手或物体接近投物口(应感窗)约0.5～1m 时,对应垃圾的垃圾桶会旋转到投物口,垃圾桶盖会自动开启,待垃圾投入完毕,在设定时间内垃圾桶又会自动关闭,人、物不需要接触垃圾桶。在长时间不使用的情况下,垃圾桶会自动进入休眠模式以便节能(见图1)。这种卫生、自动、耗能低、有趣的新型智能垃圾桶进入小康社会将取代传统垃圾桶[2]。

图1 智能垃圾桶结构

2 智能分类垃圾桶的结构

经过本团队的不断探索,这款具有语音识别功能的智能分类垃圾系统应运而生,主要是针对家用、景区等地。这款智能垃圾系统只有一个垃圾投放口,里面装有可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾、其他垃圾4 个类型小桶,通过摄像头识别垃圾类型,并控制底盘的旋转,将对应垃圾的垃圾桶旋转到投放口。且本垃圾桶设有报警系统,当垃圾储蓄至快满时,会自动通知人员,及时更换垃圾袋。与此同时,该款智能垃圾系统还加入了红外线探测功能,当人走到热释红外传感器的探测范围内,垃圾桶会自动打开桶盖,人们只要说一下垃圾的名字,智能垃圾桶就能自动识别垃圾,并转动小桶,让垃圾落入对应的小桶[3]。此外智能垃圾桶可以识别60 多种垃圾,比如易拉罐、塑料瓶、废纸团等。户外环境若不是太嘈杂,识别率可以达到90%以上。

2.1 语音识别

这款垃圾桶的语音识别方法主要是模式匹配法,即利用连续语音中的关键词检测来实现。连续语音流中的关键词检测针对的是连续语音,但它并不识别全部文字,而只是检测已知的若干关键词在何处出现。这款垃圾桶也可以根据发音人,把语音识别技术分为特定人语音识别和非特定人语音识别,前者只能识别一个或几个人的语音,而后者则可以被任何人使用。显然,非特定人语音识别系统更符合实际需要,但它要比针对特定人的识别困难得多。

在测试阶段,将词汇表中的每一词依次说一遍,并将其特征矢量作为模板存入模板库,以提高用户使用成功的概率[4]。在识别阶段,将输入语音的特征矢量依次与模板库中的每个模板进行相似度比较,将相似度最高者作为识别结果输出,利用同轴位置感应器,实现测距和感应旋转指令。

2.2 红外感应的实现

人走到热释红外传感器的探测范围内,传感器热释电元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡,向单片机提供了一个低电平,将此信号作为一个外部中断信号,单片机在进行初始化与设定定时时间后,就等待中断信号。当外部有中断信号传入时,单片机进入处理中断,认为此时有人来,通过查询I/O 信号,判断是否打开垃圾桶盖[5]。

基于以上电机的转动需要直流电,设计的该垃圾桶需要插电,通过交流电维持垃圾桶电机的转动,从而使人们在扔垃圾的时候打开对应的垃圾桶(见图2)。前期的推广是给家庭、商场之类的地方,在这些地方既可以给它持续供电,又可以提高人们的垃圾分类意识,潜移默化地让垃圾分类走入人们的生活。

图2 系统功能

2.3 直流齿轮减速电机的系统结构

直流减速电机在机电行业是比较常见的微型减速电机,主要从磁场性质、各种齿轮减速电机对冲片铁心磁导率的方向性和均匀性冷轧、减速电机铁心工作磁密度高低等几个方面入手。 (1)减速电机结合国际技术要求制造,具有很高的科技含量。 (2)节省空间,可靠耐用,承受过载能力高。 (3)能耗低,性能优越,减速机效率高达95%以上。 (4)振动小,噪声低,节能高,选用优质段钢材料,钢性铸铁箱体,齿轮表面经过高频热处理。 (5)经过精密加工,确保定位精度,这一切构成了齿轮传动总成的齿轮减速电机,形成了机电一体化,完全保证了产品质量。 (6)产品采用了系列化、模块化的设计思想,有广泛的适应性,本系列产品有极多的电机组合、安装位置和结构方案,可按实际需要选择任意转速和各种结构形式。