第14期2021年5月No.14May ，2021
摘要：文章根据相关文献，对比分析垃圾自动分类的各种方法，提出了一种基于光伏供电的语音识别 模块的垃圾分类系统。首先建立了一个光伏供电模型，提出光伏供电系统包括光伏电池、变换器、控制器和蓄电池，并分析了各组成部分的重要作用。然后对LD3320语音识别模块+STC89C52单片机控制电路、舵机驱动电路进行硬件结构设计。最后，通过软件编程，并运用仿真验证基于光伏供电的语音识别垃圾智能系统理论的合理性。关键词：光伏供电；舵机驱动电路；语音识别；垃圾分类中图分类号：TM615文献标志码：A 江苏科技信息
Jiangsu Science &Technology Information
易子豪1，酉育红2，李国伟1，杨易达1，方
苗1，安永康1，李建军1*
（1.塔里木大学机械电气化工程学院，新疆阿拉尔843300；
2.新疆兵团警官高等专科学校，新疆五家渠831300）
基金项目：全国大学生创新项目；项目编号：20201075040。
作者简介：易子豪（2000—），男，湖南湘潭人，本科生；研究方向：可再生能源发电技术。*通信作者：李建军（1972—），男，黑龙江肇东人，副教授，硕士；研究方向：可再生能源发电技术。
引言
世界上没有垃圾，只是你将它放错了地方。生活中的垃圾箱，并没有彻底将不同垃圾隔离开来。通过垃圾分类管理，方便人们的生活，是一个值得探讨的课题。
王志等［1］介绍了一种基于ESP32模块开发板语音控制实现室内垃圾分类的装置，实现对室内有限空
间内垃圾的自主分类。韩晓静等［2］
温度监控系统
从垃圾分类的解决问题出发，初步改造垃圾桶，使其具有自动感应、箱
满提示、智能分类等功能。杜欢政等［3］
针对我国城市生活垃圾分类收集面临的多种现实难题，建议应统一城市生活垃圾分类标准，利用一些新技术解决这一难
题。周飞宇等［4］
采用了语音引导分类操作技术，放入的垃圾会自动称重，然后进行积分，实现垃圾桶的人性化和智能化。王冰梅［5］分析了我国现有分类垃圾箱的弊病，提出了智能垃圾分类箱是符合我国国情、实现垃圾分类的途径。朱颖文等［6］的发明既可对垃圾进行自动识别、分类，并且会语音播报提醒人们该垃圾所属类别的分类箱。阚丹等［7］介绍了国内外餐厨垃圾分类管理的政策及形势，给我国餐厨垃圾分类及处理方面存在的问题提供了可借鉴的经验和建议。叶茎等［8］针对太阳能移动电源存在的问题，利用阳光照射给移动蓄电池充电的折叠太阳能电池板，节能环保寿命又长。
以上研究虽然都取得了一定成果，但是存在着一些不足，例如虽然具有一定的智能性，但是对于偏远地区，电力提供不方便，无法提供电源。因此本文针
对新疆偏远地区电网电力不方便、太阳能丰富的特
点，利用光伏来供电，研究一种运行更可靠、操作易实现的语音识别分类系统。1系统整体方案设计
本设计主要分为识别模块、控制模块和驱动模块。第一步将垃圾各类别信息储存在PC 端；第二步由大众对垃圾名称进行口述，声音信号被语音识别模块处理，再传递至单片机转化为电信号；最后一步通过驱动反应模块变成机械信号，将对应垃圾相应入口打开。
其中，语音识别模块采用LD3320模块，该语音识别模块将垃圾词条信息录入，通过ASM1117稳压芯片与STC89C52单片机相连接，并驱动SG90舵机打开垃圾桶盖，WT588语音播报垃圾类别且对应的LED 灯亮起，此外外加4个开关可以自主控制打开垃圾桶，语音识别垃圾分类系统原理如图1所示。2硬件结构
2.1语音识别最小控制系统
本设计的装置是以STC89C52单片机的最小系统设计，系统主要包括电源、晶振和复位电路3个部分。单片机是以K 字节为主控制器，具有闪速存储器，内部具有128字节的RAM 等系列的结构组成，并通过P0.P1.P3口来定义I/O 功能或第二I/O 功能。2.2LD3320语音识别模块
语音识别模块LD3320以51为主控芯片，无须外接任何辅助芯片，直接集成了语音识别处理模块和外部电路，使其可以实现语音识别、声音控制及人机对
话等功能［9］。通过对说出的指令识别关键语句，词语
列表可以动态编辑，识别关键词不需要操作者进行录音识别，LD3320+STC11L08XE 语音模块原理如图2所示。
网页聊天2.3
舵机SG90
信号采用PWM 控制和斩波电路输出［10-11］，由接收机发出信号给舵机，电路板上的IC 驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传给单片机
P2.4~P2.7
图1
塑料冷却管语音识别垃圾分类系统原理
图2LD3320+STC11L08XE 语音模块原理
输出接口，输出的PWM 信号控制电路板上的IC 驱动
马达从而控制舵机的旋转。发送舵机信号给芯片，通过对电压与电位器的电压比较，调节电位差达到带动垃圾桶盖子开关的目的。2.4WT588语音播报模块
WT588D 模块具有控制功能和外置存储器。通过三线控制模式控制I/O 口扩展输出，三线控制模式可控制语音的播放开始、暂停、停止，并且不断重复能极大地缩短语音播报的时间。2.5光伏供电系统
本语音系统供电主要由光伏供电。小容量离网型光伏发电系统主要器件有光伏电池、变换器、控制器和蓄电池。其中光伏电池将太阳的辐射能转化为电能；变换器将光伏电池发出的直流电变换为交流电供设备使用；控制器控制蓄电池充电和变换器工作；蓄电池主要功能是用来储存光伏电池产生的电能。
离网型光伏发电系统的原理如图3所示。
图3中太阳能光伏电池是光伏发电系统的核心，将太阳辐射能量转化为电能，能最大限度将光能转化为电能。
光伏控制器是小容量离网型光伏发电系统中的重要组成部分，而对于语音系统这种离网系统，对光伏控制器要求相对较高，光伏控制器具有能防止蓄电池组的过充电和过放电，保护蓄电池组；能防止负载以及其他设备内部短路；能显示光伏发电系统的各种状态。艾草精油提取设备
光伏离网型逆变器可进行功率变换，将光伏电池发出的直流电转换为交流电。光伏电池所产生的直流电电压比较低时，光伏逆变器要先将光伏电池的直流电压进行升压操作，然后通过逆变桥逆变成交流电；光伏逆变器通过功率半导体以及相关开关器件的开通和关断功能，使直流电转变为交流电。
蓄电池组把太阳能光伏电池产生的电能转化为蓄电池中的化学能进行储存。一般情况由于白天光照充足，光伏太阳能电池发电给用电设备使用的同时，把多余的电量储存到蓄电池组；当光照不足时，负载的供电便由蓄电池中储存的电能来提供，本设计一般使蓄电池组处于半浮充充电状态以此来延长蓄电池组的使用寿命。
在对小容量离网型光伏供电系统进行设计时，合
理地选择蓄电池组的类型和容量，并配备备用电源，以免蓄电池组发生故障后影响设备的正常使用。由于铅酸蓄电池价格便宜，电压相对比较稳定，但是相对其他的电池其使用寿命较短，维护也比较频繁。因此本设计采用碱性蓄电池，即锂电池或镍铬电池。虽然该电池的价格太高，但碱性蓄电池的性能良好、充电速度快、寿命长，在中小型设备中广泛应用。3仿真结果与实例分析3.1软件设计
软件设计主要流程如图4所示，经过初始化，并判断是否接收语音信号，如接收到语音信号，则智能控制器控制航机动作，垃圾箱打开，投放垃圾；如果单片机未接收信号或者语音信号不清，则系统重复检测直到新的信号检测出，继续执行驱动模块，垃圾箱工作。3.2仿真分析
通过软件编程后，为了验证本设计的语音垃圾分类系统，采用Proteus 仿真软件仿真分析。Proteus 具
有虚拟模型仿真、PCB 图设计等功能，支持8051、HC11、PIC 系列、AVR 和MSP430等处理器模型。在编译方面，它也支持IAR 、Keil 和MATLAB 等多种编译，提供包括键盘、马达、LED 、LCD 、AD/DA ，部分SPI 、IIC 等外围接口器件及其仿真，其虚拟仪器可测量外围电路特性。考虑到单片机整体功能基本不受影响等因素，除芯片的RAM 和ROM 以及定时器等差
异外，AT89C52可以满足替代STC89C52此次仿真要
求。仿真结果如图5所示。
通过以上仿真图可见，
厨余垃圾以及其他垃圾的
图3
光伏供电系统
图4语音识别模块单片机程序流程
名称以词条形式在语音识别模块中烧录，实验测试中可选取多人进行测试，每人各说出6条相关和不相关的垃圾分类测试，并对每一词条说10次进行准确度测试。
4结语
通过对LD3320语音识别模块+STC89C52单片机控制电路、舵机驱动电路进行硬件结构分析，运用仿真软件验证系统理论的合理性，最后用具体试验得出测试结果，证明该系统可以完成相关要求。主要结论如下：
（1）本文提出了一种光伏电源给单片机供电的方法，能节约电网电能，尤其是电网供电不便的偏远地区。
（2）通过软件仿真分析，本文验证了单片机驱动舵机转动能有效控制舵机转动的角度，进而控制垃圾箱工作。
（3）测试表明，该分类垃圾桶识别时间较短、准确
率高、功能稳定，具有应用价值和市
场前景。
参考文献
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环保染料
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（编辑何琳
）图5舵机仿真电路
Intelligent system design of speech recognition of garbage based on photovoltaic power supply Yi Zihao1,You Yuhong2,Li Guowei1,Yang Yida1,Fang Miao1,An Yongkang1,Li Jianjun1*
（1.College of Mechanical Electrification Engineering,Tarim University,Alar843300,China;
2.Xinjiang Bingtuan Police Officers College,Wujiaqu831300,China）
Abstract:According to related literature,this paper compares and analyzes various methods of automatic garbage classification,and proposes a garbage classification system based on photovoltaic power supply speech recognition module.First,a photovoltaic power supply model is established,and the photovoltaic power supply system including photovoltaic cell,converter,controller and battery is proposed.Then,the hardware structure of the control circuit and the steering drive circuit of the speech recognition module and STC89C52SCM is designed.Finally,the software programming and simulation are used to verify the rationality of speech recognition garbage intelligent system based on photovoltaic power supply.
Key words:photovoltaic power supply;steering gear drive circuit;speech recognition;garbage classification
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