王立鋼+陳楚婷+陳安清

摘 要：本回收機(jī)主要用于塑料瓶的自動(dòng)化回收，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，由單片機(jī)來(lái)協(xié)調(diào)控制各個(gè)模塊。采用了自動(dòng)感應(yīng)和語(yǔ)音交互的功能，可自動(dòng)感應(yīng)用戶，語(yǔ)音提示用戶操作，同時(shí)用戶可以通過(guò)說(shuō)話控制相應(yīng)功能，這種非接觸式的操作讓使用更加衛(wèi)生、便捷。同時(shí)增加了GPRS無(wú)線通信模塊，可將各種信息實(shí)時(shí)發(fā)送給服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了回收的自動(dòng)化、智能化。

關(guān)鍵詞：飲料瓶回收；語(yǔ)音交互；GPRS模塊；單片機(jī)技術(shù)

中圖分類號(hào)：R124.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）23-0035-02

1 概述

目前飲料瓶等塑料垃圾回收仍主要依靠人力回收，但隨著人力成本的不斷提高，機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化的回收已慢慢成為一個(gè)新的需求。本論文主要針對(duì)生活中的塑料瓶制品，設(shè)計(jì)了一款可自動(dòng)回收的智能裝置。本裝置具有語(yǔ)音交互的功能，可以智能感應(yīng)是否有人接近，同時(shí)自動(dòng)語(yǔ)音播放使用說(shuō)明，用戶也可以通過(guò)語(yǔ)音控制相應(yīng)的功能，相比以往的通過(guò)觸摸屏控制[1][2]更加便捷，同時(shí)避免了直接與回收機(jī)的接觸，回收機(jī)滿后通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)發(fā)信息給服務(wù)器通知清理。實(shí)現(xiàn)了整個(gè)回收過(guò)程的自動(dòng)化和智能化。

2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

該智能回收機(jī)是一臺(tái)集機(jī)電、嵌入式系統(tǒng)、無(wú)線GPRS網(wǎng)絡(luò)為一體的新型環(huán)保設(shè)備，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)包括機(jī)械部分和電控部分。機(jī)械部分即回收機(jī)的外殼以及電機(jī)部分，參考市面上常見(jiàn)的智能感應(yīng)垃圾桶設(shè)計(jì)了機(jī)械部分。電控部分是整個(gè)智能回收機(jī)的核心，采用了模塊化的設(shè)計(jì)方式，包括了STC12C5A60S2單片機(jī)[3]主控制器、語(yǔ)音交互模塊、光電感應(yīng)開關(guān)、條形碼掃描模塊、GPRS無(wú)線通信模塊組成。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如下圖1所示：

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（1）主控制器：本裝置主控制器為高性能、低成本、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的STC12C5A60S2單片機(jī)。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S），針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合[4]。

（2）語(yǔ)音交互模塊：語(yǔ)音交互包含兩個(gè)部分，分別是語(yǔ)音合成和語(yǔ)音識(shí)別。語(yǔ)音識(shí)別即識(shí)別用戶的語(yǔ)音，實(shí)現(xiàn)了用戶通過(guò)語(yǔ)音控制該回收機(jī)的功能；語(yǔ)音合成即將任意文字信息實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)流暢的語(yǔ)音朗讀出來(lái)，作為該回收機(jī)的語(yǔ)音提示指導(dǎo)用戶操作。該語(yǔ)音交互模塊采用科大訊飛語(yǔ)音交互模塊，該模塊可以通過(guò)UART、I2C、SPI總線與單片機(jī)進(jìn)行通信。

（3）光電感應(yīng)開關(guān)：本裝置通過(guò)光電開關(guān)自動(dòng)感應(yīng)周圍是否有人接近，有人接近則配合語(yǔ)音交互模塊自動(dòng)播放使用說(shuō)明，同時(shí)光電開關(guān)還用來(lái)檢測(cè)回收機(jī)是否已滿。光電開關(guān)采用NPN型，感應(yīng)距離10cm-15cm。

（4）條形碼掃描模塊：本裝置通過(guò)掃描塑料瓶身的條形碼來(lái)判斷是否為塑料瓶，條形碼掃描模塊采用YHDAAM100，具有自動(dòng)感應(yīng)掃描、掃描速度快、識(shí)別度高等優(yōu)勢(shì)，通過(guò)RS232總線與單片機(jī)進(jìn)行通信。

（5）GPRS無(wú)線模塊：本回收機(jī)通過(guò)GPRS模塊將回收機(jī)滿的信息發(fā)送給服務(wù)器，提醒清理。GPRS模塊采用SIM900A，通過(guò)串口發(fā)送AT指令進(jìn)行功能控制使用簡(jiǎn)單。通過(guò)RS232總線與單片機(jī)進(jìn)行通信。

4 系統(tǒng)工作流程

首先，當(dāng)有人靠近時(shí)將自動(dòng)感應(yīng)并進(jìn)行語(yǔ)音提示操作，用戶根據(jù)語(yǔ)音掃描瓶身?xiàng)l碼，程序?qū)呙璧降臈l形碼與內(nèi)部條碼數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行配對(duì)，配對(duì)成功后單片機(jī)控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而打開回收機(jī)蓋并語(yǔ)音提示將塑料瓶投入，否則一直語(yǔ)音提示重新掃描條形碼，直到掃描成功或用戶離開；掃描成功后，光電開關(guān)感應(yīng)到塑料瓶落下，回收機(jī)關(guān)閉。當(dāng)檢測(cè)不到瓶子落下時(shí)，在用戶沒(méi)離開情況下會(huì)語(yǔ)音提示重新投入塑料瓶，直到感應(yīng)到塑料瓶或用戶離開時(shí)，才再會(huì)關(guān)閉回收機(jī)蓋。當(dāng)回收機(jī)滿后，光電開關(guān)探測(cè)到這一狀況，發(fā)送信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)控制GPRS模塊發(fā)送回收機(jī)警報(bào)信息給服務(wù)器，請(qǐng)求清理。此時(shí)有用戶使用時(shí)，回收機(jī)會(huì)語(yǔ)音提示回收機(jī)已滿，請(qǐng)勿使用。具體工作流程圖如圖2所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

本回收機(jī)從功能上實(shí)現(xiàn)了塑料瓶回收的自動(dòng)化，采用自動(dòng)感應(yīng)及語(yǔ)音交互功能使得用戶操作變得簡(jiǎn)單易使用，同時(shí)可以有效吸引用戶注意，提升使用興趣，增強(qiáng)用戶的環(huán)保意識(shí)。目前使用條形碼掃描方式識(shí)別塑料瓶盡管實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但一些瓶身標(biāo)簽破損的瓶子無(wú)法識(shí)別，下一步擬將采用圖像處理的方式對(duì)塑料瓶進(jìn)行識(shí)別。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖銳，陳定方.新型瓶罐回收機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009（4）：57-59.

[2]熊越東，黃華棟.塑料瓶回收器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師，2012（11）：25-26.

[3]STC12C5A60S2中文數(shù)據(jù)手冊(cè)https：//wenku.baidu.com/view/f2e2762b2f60ddccda38a0be.html.

[4]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.