李彪 王琮澤 高龍毅 趙慎書 蘇哲

（1、吉林建筑大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130000 2、榆樹市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局，吉林榆樹 130400）

在當(dāng)今這個(gè)充滿信息技術(shù)化的新時(shí)代中，PLC 控制技術(shù)具有極為廣泛的應(yīng)用，它可以促進(jìn)各個(gè)系統(tǒng)之間的完善與聯(lián)系。智能語(yǔ)音系統(tǒng)人們?cè)偈煜げ贿^(guò)，它正在潛移默化給予各行業(yè)帶來(lái)巨大改變，將最繁瑣、最枯燥、最耗時(shí)的工作交給智能系統(tǒng)完成，不僅可以大大提高工作效率，而且能更好的把人力資源進(jìn)行有效合理的分配，減少成本。而此時(shí)智能垃圾分類系統(tǒng)便可以體現(xiàn)出其使用性和優(yōu)越性，經(jīng)過(guò)調(diào)查與研究，我們可以基于PLC 技術(shù)設(shè)計(jì)出智能型分類垃圾箱，可以保證在低能耗、低成本的前提下，只需與其對(duì)話，便可將垃圾合理分類，并投入對(duì)應(yīng)的自動(dòng)打開的垃圾箱中，這樣可以大大提高人們生活垃圾分類效率并減少垃圾分類指導(dǎo)者和志愿者的勞動(dòng)?；赑LC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了智能語(yǔ)音垃圾箱系統(tǒng)，它只需通過(guò)人機(jī)對(duì)話使得垃圾正確分類收集。該文介紹了智能語(yǔ)音垃圾收集系統(tǒng)的概況，重點(diǎn)闡述了此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 國(guó)內(nèi)外智能垃圾桶研究

對(duì)于智能語(yǔ)音垃圾箱的研究，國(guó)外已經(jīng)取得了一系列的成果，其中美國(guó)制造了智能垃圾桶正在漸漸地應(yīng)用開來(lái)，我國(guó)的眾多學(xué)者也對(duì)智能垃圾桶十分有興趣。可以利用單片機(jī)等，設(shè)計(jì)出擁有自動(dòng)感應(yīng)功能的智能垃圾桶，它是借用紅外傳感器，對(duì)垃圾桶的實(shí)況進(jìn)行檢測(cè)，判斷其是否已經(jīng)裝滿，管理人員根據(jù)單片機(jī)所傳遞的信號(hào)，對(duì)垃圾桶進(jìn)行一系列的處理；有部分學(xué)者則利用無(wú)線通信與紅外設(shè)計(jì)了智能垃圾桶，人接觸到垃圾桶，紅外波即對(duì)信息傳輸，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)垃圾桶的控制。本文對(duì)智能語(yǔ)音垃圾收集系統(tǒng)進(jìn)行了研究。但國(guó)內(nèi)外對(duì)智能垃圾桶的研究均存在一定的不足，如控制系統(tǒng)的復(fù)雜以及成本高等問(wèn)題。

2 PLC 系統(tǒng)選擇原因

該系統(tǒng)由PLC 控制與智能語(yǔ)音系統(tǒng)相結(jié)合，方便用戶使用。由于PLC 的低成本低功耗和穩(wěn)定性能良好，使得該產(chǎn)品的耗能低，在任何情況下都能穩(wěn)定工作以免對(duì)用戶造成困擾，智能語(yǔ)音的控制系統(tǒng)運(yùn)用PLC 控制后，可以極大提高工作效率且成本低，符合當(dāng)代社會(huì)的綠色環(huán)保理念。

圖1

3 智能垃圾桶具體設(shè)計(jì)

我們這個(gè)智能語(yǔ)音系統(tǒng)是由垃圾識(shí)別系統(tǒng)、用戶交互系統(tǒng)、垃圾箱聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)、矢量量化技術(shù)以及太陽(yáng)能供能系統(tǒng)四個(gè)子系統(tǒng)組成。所研發(fā)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了生活垃圾分選過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集與處理、自動(dòng)化控制以及數(shù)據(jù)通訊等功能。該系統(tǒng)主要由中央控制室上位機(jī)系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)PLC 站、控制設(shè)備及檢測(cè)儀表組成。上位機(jī)集中監(jiān)視整個(gè)生活垃圾分選各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的集中管理。現(xiàn)場(chǎng)PLC 系統(tǒng)在線實(shí)時(shí)采集各垃圾回收站監(jiān)視的測(cè)量參數(shù)，并及時(shí)將已填充滿的垃圾箱向管理者匯報(bào)并及時(shí)進(jìn)行清空。PLC 采用以太網(wǎng)連接，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)問(wèn)題。并且采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP 協(xié)議，方便連接與擴(kuò)充。智能語(yǔ)音垃圾箱的布置要根據(jù)實(shí)際的需求而決定，由于垃圾箱與控制臺(tái)主機(jī)保持著連接，連接的方式為有線或無(wú)線。主機(jī)能夠檢測(cè)并計(jì)算出垃圾箱的數(shù)量，主要借助的上位機(jī)軟件，軟件能考慮實(shí)況，對(duì)垃圾箱的布置進(jìn)行調(diào)整，使得垃圾箱數(shù)量配置的合理性。若智能垃圾箱的量超過(guò)了垃圾的需求，上位機(jī)軟件將用短信通知管理人員對(duì)智能垃圾箱數(shù)量進(jìn)行合理分布。在利用軟件的基礎(chǔ)上，保證了清掃的及時(shí)性，保證垃圾箱高效發(fā)揮出其作用。

圖2

4 垃圾箱電源設(shè)計(jì)

由于垃圾箱一般布置在室外，主要電源還是來(lái)自電網(wǎng)供應(yīng)配電，其一部分電能由太陽(yáng)能供應(yīng)。太陽(yáng)能電池選擇單晶硅太陽(yáng)能半導(dǎo)體電池。它的生產(chǎn)工藝已經(jīng)定型，穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)化率都很高。其轉(zhuǎn)化率可達(dá)40%。在其內(nèi)部安裝太陽(yáng)能電池板與鉛蓄電池，在太陽(yáng)能作用下，其產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存在鉛蓄電池內(nèi)，可在夜晚、陰天等情況下啟用。實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的節(jié)省，響應(yīng)了環(huán)境保護(hù)的號(hào)召。

5 PLC 系統(tǒng)硬件設(shè)置

生活垃圾智能分類PLC 控制系統(tǒng)配置有1 個(gè)現(xiàn)場(chǎng)PLC 站，3 個(gè)智能的I／O 從站，根據(jù)生活垃圾箱位置的分布所控制設(shè)備的位置分布，所需要的模擬量I／O 點(diǎn)數(shù)、數(shù)字量I／O 點(diǎn)數(shù)以及特殊I／O 點(diǎn)數(shù)來(lái)布置PLC 站及I／O 從站，并選擇相應(yīng)的硬件模塊配置。在本項(xiàng)目中所用的PLC 及其模塊配置如下：

（1）CPU 處理器：準(zhǔn)備使用西門子的ET200S 系列處理器。

（2）智能輸入/輸出模塊：準(zhǔn)備使用西門子的IM151－3PN高性能型接口模塊。

（3）數(shù)字量模擬信號(hào)輸入與輸出模塊：DI×24VDC，將采用8 個(gè)點(diǎn)源輸入數(shù)字量輸入模塊，DO×24VDC／0.5A，擁有極性反接保護(hù)性質(zhì)的8 點(diǎn)輸出數(shù)字量輸出模塊。

（4）模擬量數(shù)字通道模塊：4AI×I2WIREST，四通道二線制模擬量的輸入模塊，2AO×IHS，二通道模擬量的輸出模塊。

（5）電源模塊：主要由太陽(yáng)能電池充電模塊和供電模塊組成，白天時(shí)由太陽(yáng)能所儲(chǔ)蓄的電進(jìn)行供電，多余的電由電池存儲(chǔ)，并在晚上無(wú)太陽(yáng)時(shí)用存儲(chǔ)的電進(jìn)行供電，沒有應(yīng)用國(guó)家電網(wǎng)的電，實(shí)現(xiàn)了電能的節(jié)約運(yùn)用。

（6）操作員操作接觸屏：準(zhǔn)備使用西門子TP700 緊湊型的接觸屏。可以實(shí)時(shí)更改梯形圖控制分類。

（7）用戶系統(tǒng)設(shè)置，系統(tǒng)直接獲取用戶語(yǔ)音、多個(gè)端點(diǎn)檢測(cè)、使用量特征值的篩選與提取、用戶反饋數(shù)據(jù)、控制操作系統(tǒng)運(yùn)行、語(yǔ)音識(shí)別

6 垃圾桶外形設(shè)計(jì)

第一種：圓柱形垃圾桶，靈敏耐用，占地面積小，容量小，側(cè)面的圓弧狀設(shè)計(jì)，時(shí)尚美觀，外壁使用寶藍(lán)色加深黃色，充滿活力的同時(shí)，又能方便大家定位垃圾桶位置。不設(shè)置垃圾桶蓋，圓面投擲口相對(duì)寬大，口邊圓滑安全方便。桶頂蓋設(shè)計(jì)太陽(yáng)能充電板圓面為垃圾桶提供電量。預(yù)計(jì)投放場(chǎng)所：室內(nèi)辦公室，教室等相對(duì)小且封閉的辦公場(chǎng)所。第二種：長(zhǎng)方體形垃圾桶，扎實(shí)厚重，占地面積大，容量大。機(jī)械結(jié)構(gòu)采用金屬不銹鋼作為支撐機(jī)架。桶體用塑料制作防止過(guò)酸過(guò)堿腐蝕，同時(shí)防止高溫破壞桶體，外部鑲嵌防腐實(shí)木，橘紅色外表，鮮艷而醒目。智能感應(yīng)桶蓋外形采用半圓柱形桶蓋不僅美觀對(duì)稱，還可以在打開后從任意方向投入垃圾，解決了單側(cè)翻板式桶蓋打開后會(huì)擋住一側(cè)的問(wèn)題。垃圾桶上方加裝廣告牌和太陽(yáng)能電池板，高大的頂部，中高周低，既可防雨又不是美感。預(yù)計(jì)投放場(chǎng)所：商城、街道、小區(qū)、機(jī)場(chǎng)車站等人流量密集且開放的地方。

7 垃圾桶設(shè)計(jì)方案圖形

圖3

8 結(jié)論

基于PLC 控制技術(shù)的新型智能語(yǔ)音垃圾箱系統(tǒng)，其具有一定的創(chuàng)新性，主要體現(xiàn)在運(yùn)用了PLC 控制系統(tǒng)，相較于其他的控制系統(tǒng)，PLC 具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、重量輕、能耗低、適用性強(qiáng)、系統(tǒng)的維護(hù)方便、容易改造等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)PLC控制的智能語(yǔ)音系統(tǒng)我們可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)語(yǔ)音問(wèn)答，將垃圾更加正確、高效地分類。與傳統(tǒng)的智能語(yǔ)音系統(tǒng)相比，我們的系統(tǒng)具有低消耗、安全性及可靠性高等優(yōu)勢(shì)，使該項(xiàng)目具有一定的可行性。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，垃圾箱具有良好的密封性，保證了其處理的高效性，此時(shí)，垃圾桶的內(nèi)部完全隔絕，減少了其氣味的散出，進(jìn)而為公眾提供了清新與干凈的環(huán)境。