◆山東省青島第十五中學 尚真

基于語音識別的遙控智能分類垃圾桶不僅能幫助人們將垃圾精準分類，還能幫助行動不便的人遙控垃圾桶“走”到身邊，完成對生活垃圾的分類投放。

一、工作原理

基于Arduino 開源電子平臺開發(fā)設(shè)計。通過語音識別模塊，垃圾桶系統(tǒng)讀取聲音作為輸入信號，與語音識別模塊內(nèi)置的垃圾名稱進行對比后判斷，并將其轉(zhuǎn)化為輸出信號，得到串口值。Arduino UNO 主控板根據(jù)輸入的串口值，控制MP3模塊和對應(yīng)的配備伺服電機的垃圾桶，垃圾桶蓋打開，揚聲器播報垃圾類型，完成分類投放后，垃圾桶蓋自動關(guān)閉。

運行系統(tǒng)通過紅外接收傳感器接收紅外遙控器的按鍵(前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn))發(fā)送值，通過與變量的值判斷，輸出并執(zhí)行相應(yīng)的動作。

二、硬件系統(tǒng)

基于語音識別的遙控智能分類垃圾桶由小車系統(tǒng)和垃圾桶系統(tǒng)組成。小車系統(tǒng)由紅外遙控器、運行系統(tǒng)組成，垃圾桶系統(tǒng)由收集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、語音輔助系統(tǒng)組成。

（一）紅外遙控器

通過測試，前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的按鍵發(fā)送值分別是FF02FD、FF9867、FFE01F、FF906F。

（二）運行系統(tǒng)

運行系統(tǒng)由Arduino UNO 主控板、紅外接收傳感器、小車組成，紅外接收傳感器將接收的紅外遙控器的按鍵發(fā)送值傳輸給主控板，與變量的賦值進行對比，輸出相應(yīng)的參數(shù)，實現(xiàn)小車的運行。

（三）收集系統(tǒng)

根據(jù)《生活垃圾分類制度實施方案》將生活垃圾分為其他垃圾（灰色垃圾桶）、廚余垃圾（綠色垃圾桶）、可回收垃圾（藍色垃圾桶）、有害垃圾（紅色垃圾桶）四類。

（四）控制系統(tǒng)

由Arduino UNO 主控板、Arduion擴展板、語音識別模塊組成。語音識別模塊識別輸入的垃圾名稱，主控板進行循環(huán)判斷，輸出至垃圾桶和語言輔助系統(tǒng)。

（五）語音輔助系統(tǒng)

由MP3 模塊、內(nèi)存卡、揚聲器組成。內(nèi)存卡存儲了垃圾分類的MP3 文件，通過MP3 模塊輸出至揚聲器。

三、軟件系統(tǒng)

（一）主控板程序

運行系統(tǒng)主控板程序采用Mind+編寫。首先將紅外遙控器上、下、左、右4個按鍵定義為小車前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的功能，并測試上、下、左、右4 個按鍵的發(fā)送值，然后自定義“前進”“后退”“左轉(zhuǎn)”“右轉(zhuǎn)”4 個函數(shù)。

在UNO 主程序中通過建立循環(huán)，判斷變量A 是否與紅外接收傳感器接收的按鍵發(fā)送值匹配。例如按鍵“上”代表“前進”，按鍵發(fā)送值為FF02FD，如果使用者按“上”鍵，則執(zhí)行“前進”這個函數(shù)，小車前進，其他三個鍵類似。如果未接收到這4 個發(fā)送值，則執(zhí)行“暫停”這個函數(shù)，小車停止。

控制系統(tǒng)主控板程序采用Mind+編寫。首先設(shè)置串口的通信值，創(chuàng)建4、5、6、7 四個垃圾桶引腳對象（4 號引腳對應(yīng)可回收垃圾桶，5 號引腳對應(yīng)其他垃圾桶，6號引腳對應(yīng)廚余垃圾桶，7 號引腳對應(yīng)有害垃圾桶）并初始化為0°，即表示四個垃圾桶蓋初始為閉合狀態(tài)。然后設(shè)置MP3 模塊的串口引腳及音量，最后執(zhí)行循環(huán)。

當串口值為“1”時，4 號引腳連接的伺服電機轉(zhuǎn)動，控制的藍色可回收垃圾桶的桶蓋打開70°，保持開啟狀態(tài)2 秒，伺服電機轉(zhuǎn)動回到初始角度0°，垃圾桶蓋關(guān)閉。

（二）語音識別模塊程序

先用記事本編寫四類生活垃圾，第1 類為可回收垃圾，第2 類為其他垃圾，第3 類為廚余垃圾，第4類為有害垃圾。每一類列舉10 種垃圾，用ASR M08-B 語音模塊設(shè)置軟件將編寫了垃圾名字的記事本文件寫入語音識別模塊。

（三）紅外遙控程序

紅外遙控器按鍵發(fā)送值的測試程序用Mind+編寫。

四、制作小車

購置2 個泡沫盒，根據(jù)4 個垃圾桶的大小將盒身改裝成車斗，將盒蓋改裝成輪轂，然后與車頭、垃圾桶組裝。

圖1 小車制作過程

五、使用方法

分別接通小車系統(tǒng)和垃圾桶系統(tǒng)的電源，將語音識別模塊的開關(guān)撥至A 擋，打開語音識別模塊，遙控智能分類垃圾桶進入“等待喚醒”狀態(tài)，等待用戶用語音將其喚醒。

當聽到呼叫“環(huán)保精靈”的喚醒詞，語音識別模塊藍燈常亮時，智能垃圾桶被喚醒成功并進入等待狀態(tài)。此時，說出垃圾的名稱，揚聲器播報垃圾的種類，同時相應(yīng)的垃圾桶蓋開啟。比如，用戶說出“電池”，此時，揚聲器發(fā)出“有害垃圾”的聲音，紅色有害垃圾桶的桶蓋開啟，2 秒后自動關(guān)閉，完成垃圾的分類投放。

行動不便的使用者只需操作紅外遙控器的四個按鍵，便可讓垃圾桶“走”到身邊，輕松完成對垃圾的分類投放。

圖2 作品實物圖

六、創(chuàng)新點

基于語音識別的遙控智能分類垃圾桶基于Arduino 開源電子平臺，應(yīng)用Mind+這款可視化的青少年編程軟件進行二次開發(fā)，適合青少年學習。

設(shè)計的垃圾智能投放系統(tǒng)能幫助幼兒、老年人、臥床病人等特殊人群實現(xiàn)對垃圾的分類投放。

專家點評

尚真同學的能“走路”的垃圾桶，是一項技術(shù)參與度較高的創(chuàng)新實踐作品。這是因為 2018 年1 月24 日曾有媒體報道：“智能感應(yīng)垃圾桶，會‘行走’還很‘聽話’。”從報道的內(nèi)容和解決問題的方式等方面分析，都是基于解決垃圾桶智能分類、語音識別、自動跟進等問題。

但是，這個項目的完成著重體現(xiàn)出尚真同學具有兩個方面的優(yōu)秀品格：第一，創(chuàng)新成長的自我培養(yǎng)意識強。高中生學習內(nèi)容多、學習任務(wù)重，老師和家長的期待值也高，能在這種氛圍中脫穎而出，在課余把該項目完成好，達到項目設(shè)計的基本要求，沒有創(chuàng)新成長的欲望和創(chuàng)新實踐的毅力是不可能實現(xiàn)的。第二，相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用能力強。這個項目涉及基于Arduino 開源電子平臺開發(fā)設(shè)計等，具有一定的技術(shù)應(yīng)用難度和挑戰(zhàn)性。