基于STM32控制的的智能语音家居垃圾分类箱 .pdf

基于STM32控制的的智能语音家居垃圾分类箱

发布时间：2021-03-01T05:41:37.658Z来源：《中国科技人才》2021年第3期作者：陈俞希杨克晶许晓豪杨涛辉范武辉危隆鑫

[导读]本文针对现在越来越大的处理垃圾的压力以及需要消耗大量的人力、物力、财力的问题。设计出具有垃圾分类功能的智能垃圾桶控

制系统是有利于未来发展的必然趋势。该控制系统的核心是STM32单片机，包含语音识别系统，语音储存系统，执行系统。本套系统可以

进行垃圾的智能分类，减轻了后期垃圾分类处理所需要消耗的资源。

陈俞希杨克晶许晓豪杨涛辉范武辉危隆鑫

武汉理工大学信息学院湖北武汉430070

摘要：本文针对现在越来越大的处理垃圾的压力以及需要消耗大量的人力、物力、财力的问题。设计出具有垃圾分类功能的智能垃圾

桶控制系统是有利于未来发展的必然趋势。该控制系统的核心是STM32单片机，包含语音识别系统，语音储存系统，执行系统。本套系统

可以进行垃圾的智能分类，减轻了后期垃圾分类处理所需要消耗的资源。

关键词：智能垃圾桶；STM32单片机；语音信息处理

随着21世纪信息技术的飞速发展，国内经济的迅猛提升，人口数量的不断增多，各行各业生产力度的不断加大，所带来的垃圾也不断

增多，但生活中的垃圾没有得到合理的分类以及有效的回收，垃圾处理正成为一个新难题。中国当前正逐步实施垃圾分类的相关管理条

例，并先在上海等城市实行，垃圾分类是有利于未来发展的必然选择。基于此背景条件下，设计制造出基于STM32控制的智能语音家居垃

圾分类箱，用它替代目前的普通垃圾桶，实现垃圾的智能分类。这将营造垃圾分类的社会氛围，传播垃圾分类的思想，对环境的改善起到

很大的作用[2]。

系统1总体方案设计

智能垃圾桶控制系统使用STM32单片机，选择步进电机驱动系统、语言识别系统、语音存储系统和执行系统。当用户发出“打开垃圾

桶”指令并通过外设传声话筒，使待机状态的智能垃圾桶接收到信号以此知道用户需要投喂垃圾，然后将信号传输给核心处理系统，驱动电

路开始工作，并开始运转语言模块，自动翻盖和语音识别的功能由此完成；当传声话筒接收到触发指令之后的别的指令时，将采集到的信

号传输给单片机语音处理系统，系统通过分析接收到用户发出的投喂垃圾的名称的语音信号，进行处理加工后在内部储存的原始语音信号

库中进行筛选得出具体的种类，将带有垃圾种类的信息的数字信号传入垃圾箱门阀控制中心；当垃圾箱门阀控制中心接收到垃圾种类信号

后，通过操纵门阀来选择性打开所需开关；当门阀开关保持开放状态一段时间后，自行关闭，同时保持整个系统待机等待下一个命令。本

设计的总体方案如图1所示。

图1本设计的总体方案

本设计中的各模块功能及作用：外设传声话筒：当有人发出触发指令“打开垃圾桶”时，给电机一个脉冲信号，使步进电机转过一个步

距角，打开垃圾桶，过一定时间后，再次给电机加一个脉冲信号，开始反转，关闭垃圾桶。语音识别系统：将采集到的信息经过滤波、

ADC、分帧、端点检测、预加重、加窗、特征提取、特征匹配等流程进行识别，从而进行后续操作。语音存储系统：对语音信息进行存

储。执行系统：将接收到的信息与数据库中的信息进行匹配。桶盖可用轻质塑料制成，便于功能的实现，同时减少能源的消耗。

系统2软件部分设计

通电后，待外部设备上电稳定，各个模块的功能初始化开始。经过短时间的延迟，规避周围环境发出的噪声，开始采集信号，使用者

发出触发指令，如：“打开垃圾桶”后，电机转过一个步距角，打开垃圾桶盖子。当系统收到第二个信号，如“易拉罐”时，语音系统将收到

的信息进行处理和识别并且与语音存储库中的语音信息作对比，得出该垃圾所属分类。微单片机中的定时器的作用就是进行清零复位操

作，而语音识别系统的接收端在工作时，必须得接受到单片机发送的高电平脉冲才能正常工作。

系统3硬件部分设计

电机驱动模块3.1

在电机正常工作的情况下，给电机加一个脉冲信号，步进电机就会转过一个步距角。工作中的步进电机的转角速度会越来越高，则在

系统中的脉冲信号也会越来越高。由于步进电机可以在很短的时间开始工作以及在极短时间内停止的工作优越性能，转动的脉冲信号和步

距角在工作时也是相互影响。要想改变电机的转动方向，将脉冲的顺序改变就可以实现。在控制速度上最常用的办法就是通过改变旋转的

方向并且步进电机有合适的脉冲信号才会有合适的旋转角度[1]。

语音识别系统3.2

频信号采集多采用音频编解码芯片，例如UDA1341、LD3