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摘要：针对国内垃圾分类意识浅薄、垃圾回收现状不理想的情况，本次设计研究了一种安全实用的语音控制、识别型智能垃圾桶。该装置通过语音识别模块处理用户语音信号，并对垃圾进行精准识别，具有较高的纠错能力，同时使用传感器对垃圾桶内的温度、有效存储空间等进行实时监测，实现对垃圾桶的近距离智能操控和垃圾分类智能化。本设计能在一定程度上改善垃圾处理现有状况，提高对垃圾的管理效率，减少对环境的污染，在实用方面具有很高的优越性。
关键词：语音识别智能化
目前，垃圾回收是当前社会共同关注的迫切问题之一。我国的垃圾处理多采用卫生填埋甚至简易填埋的方式，占用上万亩土地；并且虫蝇乱飞，污水四溢，臭气熏天，严重地污染生态环境。因此进行垃圾分类收集可以极大的减少垃圾处理量和处理设备，同时降低处理成本，减少土地资源的消耗，具有社会、经济、生态这三方面的高效益[1]。
本设计针对上述情况提出了一种安全实用的语音控制、识别型智能垃圾桶，它能够通过用户语音信息精准识别垃圾种类，同时应用传感器能够对垃圾桶的状况进行实时检测并能在非安全状态实现及时报警。在一定程度上用以改善垃圾处理的现有状况，满足人们对高质量现代生活的要求。
1、装置介绍
1.1语音识别模块
本设计在垃圾桶表面安装语音识别模块，采用非特定语音识别芯片和非特定语音识别算法对于控制语音命令进行识别。用于录入用户语音信息并加以整合处理，从而实现控制系统对垃圾的精确识别。
1.2温度传感模块
本设计采用非接触式温度传感器，用于测量垃圾桶内温度的实时变化情况。即在垃圾桶底部安装温度传感器，实时检测垃圾桶的内部温度，当桶内温度高于既定安全温度时通过单片机启动自动报警装置，用以避免温度过高从而引发火灾的情况。
1.3超声波传感模块
本设计在垃圾桶顶部安装超声波传感器，用以检测垃圾桶的有效存储空間。当垃圾成功投掷后，检测垃圾桶剩余空间，并通过单片机实时的将数据反应在工作状态显示屏上。当桶内无空余空间时，启动报警装置。使用超声波传感模块能实现对垃圾桶容量的智能化管理，提醒清洁人员适时更换清洁垃圾桶。同时也可以避免垃圾溢出从而污染环境。
2、装置功能
2.1语音识别
当用户使用垃圾桶时，说出要投放垃圾的类型，如塑料瓶、电池、纸巾、果皮等，语音信号经过语音识别模块处理后传送至单片机，单片机判断垃圾分类信息来控制相应分类口的舵机上，控制舵机打开相应垃圾桶盖，当垃圾正确投放后，桶盖关闭，语音播报垃圾类别，如可回收垃圾、不可回收垃圾。该结构实现了垃圾桶智能化语音识别、非接触式智能开闭的功能。
2.2智能分类
本设计通过语音识别来实现垃圾投放智能分类。垃圾桶的语音模块对用户完成语音录入及识别后传送至单片机，记录垃圾的分类信息，单片机将垃圾信息与库文件信息进行比对，打开垃圾投放对应区域。比对成功后单片机控制舵机的机械结构运动打开相应区域垃圾桶盖；如果比对不成功，则垃圾桶不可回收区域打开。
2.3智能检测
①温度检测：在垃圾桶底部安装非接触式温度传感器，利用温度传感器对垃圾桶内部温度进行实时监测，并在屏幕实现对于垃圾桶温度的即时显示。一旦高于设定的安全温度，立即通过单片机调用语音报警系统发出报警信号。可避免温度过高引起局部火灾。
②容量检测：在垃圾桶顶部安装超声波传感器，利用超声波传感器对垃圾桶的存储状态进行实时检测，并在屏幕实现对于垃圾桶容量的即时显示。若出现垃圾桶已满的情况，则提示人们不能再继续投放垃圾，避免垃圾溢出污染环境，同时也便于清洁人员及时清理垃圾。
3、作品创新点
3.1智能识别
由于原始语音的模糊性、环境噪声和干扰对语音识别有严重影响，致使识别率低。本次设计的语音识别方法主要是采用模式匹配法。即在识别阶段，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。提高语音识别的精准率和正确投放垃圾的精确度。
3.2智能语音处理
装置系统采取自动多帧纠错。由于语音信号的时变特性，特征提取必须在一小段语音信号上进行（这一段被认为是平稳的分析区间称之为帧），即进行短时分析。首先对语音信号进行前端处理，即在特征提取之前，先对原始语音进行处理，部分消除噪声和不同说话人带来的影响，使处理后的信号更能反映语音的本质特征。通过对同一语音信号进行重复识别，取相同识别度次数最多的数据作为实现智能精准分类的正确数据，达到纠错的目的。这一创新点使装置在正常工作环境下的正确识别率达到93%以上，从而可以将垃圾分类的精度提高到90%以上。
3.3智能统计
为增强人们保护环境的意识，倡导人们正确投放垃圾，我们在微信上设计了一个网页来统计用户所投放垃圾的基本信息。在垃圾桶正面贴一个二维码，当用户扫描二维码后，立即进入一个网页，界面上会显示已经投放的可回收和不可回收垃圾的数量及类型，以及一些呼吁大众保护环境的广告标语。
参考文献
[1]黄启明.自动分拣系统及其应用前景分析[J].物流技术，2002
[2]宋召卫.我国自动分拣技术及其应用[J].中国物流与采购，2003
[3]杨雷，林景栋.海关自动化分拣系统优化设计[J].自动化技术与应用2009
[4]ZHANGRQ，KIKUIG.Integrationofspeechrecognitionandmachinetranslation：Speechrecognitionwordlatticetranslation[J].SpeechCommunication，2005，48（3）：3-4.
基金项目：大学生创新创业训练计划201811660002
关键词：语音识别智能化
目前，垃圾回收是当前社会共同关注的迫切问题之一。我国的垃圾处理多采用卫生填埋甚至简易填埋的方式，占用上万亩土地；并且虫蝇乱飞，污水四溢，臭气熏天，严重地污染生态环境。因此进行垃圾分类收集可以极大的减少垃圾处理量和处理设备，同时降低处理成本，减少土地资源的消耗，具有社会、经济、生态这三方面的高效益[1]。
本设计针对上述情况提出了一种安全实用的语音控制、识别型智能垃圾桶，它能够通过用户语音信息精准识别垃圾种类，同时应用传感器能够对垃圾桶的状况进行实时检测并能在非安全状态实现及时报警。在一定程度上用以改善垃圾处理的现有状况，满足人们对高质量现代生活的要求。
1、装置介绍
1.1语音识别模块
本设计在垃圾桶表面安装语音识别模块，采用非特定语音识别芯片和非特定语音识别算法对于控制语音命令进行识别。用于录入用户语音信息并加以整合处理，从而实现控制系统对垃圾的精确识别。
1.2温度传感模块
本设计采用非接触式温度传感器，用于测量垃圾桶内温度的实时变化情况。即在垃圾桶底部安装温度传感器，实时检测垃圾桶的内部温度，当桶内温度高于既定安全温度时通过单片机启动自动报警装置，用以避免温度过高从而引发火灾的情况。
1.3超声波传感模块
本设计在垃圾桶顶部安装超声波传感器，用以检测垃圾桶的有效存储空間。当垃圾成功投掷后，检测垃圾桶剩余空间，并通过单片机实时的将数据反应在工作状态显示屏上。当桶内无空余空间时，启动报警装置。使用超声波传感模块能实现对垃圾桶容量的智能化管理，提醒清洁人员适时更换清洁垃圾桶。同时也可以避免垃圾溢出从而污染环境。
2、装置功能
2.1语音识别
当用户使用垃圾桶时，说出要投放垃圾的类型，如塑料瓶、电池、纸巾、果皮等，语音信号经过语音识别模块处理后传送至单片机，单片机判断垃圾分类信息来控制相应分类口的舵机上，控制舵机打开相应垃圾桶盖，当垃圾正确投放后，桶盖关闭，语音播报垃圾类别，如可回收垃圾、不可回收垃圾。该结构实现了垃圾桶智能化语音识别、非接触式智能开闭的功能。
2.2智能分类
本设计通过语音识别来实现垃圾投放智能分类。垃圾桶的语音模块对用户完成语音录入及识别后传送至单片机，记录垃圾的分类信息，单片机将垃圾信息与库文件信息进行比对，打开垃圾投放对应区域。比对成功后单片机控制舵机的机械结构运动打开相应区域垃圾桶盖；如果比对不成功，则垃圾桶不可回收区域打开。
2.3智能检测
①温度检测：在垃圾桶底部安装非接触式温度传感器，利用温度传感器对垃圾桶内部温度进行实时监测，并在屏幕实现对于垃圾桶温度的即时显示。一旦高于设定的安全温度，立即通过单片机调用语音报警系统发出报警信号。可避免温度过高引起局部火灾。
②容量检测：在垃圾桶顶部安装超声波传感器，利用超声波传感器对垃圾桶的存储状态进行实时检测，并在屏幕实现对于垃圾桶容量的即时显示。若出现垃圾桶已满的情况，则提示人们不能再继续投放垃圾，避免垃圾溢出污染环境，同时也便于清洁人员及时清理垃圾。
3、作品创新点
3.1智能识别
由于原始语音的模糊性、环境噪声和干扰对语音识别有严重影响，致使识别率低。本次设计的语音识别方法主要是采用模式匹配法。即在识别阶段，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。提高语音识别的精准率和正确投放垃圾的精确度。
3.2智能语音处理
装置系统采取自动多帧纠错。由于语音信号的时变特性，特征提取必须在一小段语音信号上进行（这一段被认为是平稳的分析区间称之为帧），即进行短时分析。首先对语音信号进行前端处理，即在特征提取之前，先对原始语音进行处理，部分消除噪声和不同说话人带来的影响，使处理后的信号更能反映语音的本质特征。通过对同一语音信号进行重复识别，取相同识别度次数最多的数据作为实现智能精准分类的正确数据，达到纠错的目的。这一创新点使装置在正常工作环境下的正确识别率达到93%以上，从而可以将垃圾分类的精度提高到90%以上。
3.3智能统计
为增强人们保护环境的意识，倡导人们正确投放垃圾，我们在微信上设计了一个网页来统计用户所投放垃圾的基本信息。在垃圾桶正面贴一个二维码，当用户扫描二维码后，立即进入一个网页，界面上会显示已经投放的可回收和不可回收垃圾的数量及类型，以及一些呼吁大众保护环境的广告标语。
参考文献
[1]黄启明.自动分拣系统及其应用前景分析[J].物流技术，2002
[2]宋召卫.我国自动分拣技术及其应用[J].中国物流与采购，2003
[3]杨雷，林景栋.海关自动化分拣系统优化设计[J].自动化技术与应用2009
[4]ZHANGRQ，KIKUIG.Integrationofspeechrecognitionandmachinetranslation：Speechrecognitionwordlatticetranslation[J].SpeechCommunication，2005，48（3）：3-4.
基金项目：大学生创新创业训练计划201811660002