CN112046962B - 一种可分类的语音控制智能垃圾桶 - Google Patents

一种可分类的语音控制智能垃圾桶 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可分类的语音控制智能垃圾桶，包括：智能扫描单元、垃圾分类检测单元、机械驱动单元、提示报警单元、中央协调单元和独立供电单元以及自由移动单元；所述智能扫描单元用于扫描垃圾中是否存在有害金属；所述垃圾分类检测单元用于检测垃圾的干湿及腐烂程度、重量并对垃圾进行识别分类；所述机械驱动单元用于驱动设置在垃圾桶底部的可移动底座移动和垃圾桶盖开合以及移动轮运动；所述中央协调单元用于接收用户的语音控制指令进而向所述机械驱动单元发送控制指令控制垃圾桶盖的开合和垃圾桶的移动距离及方向；所述自由移动单元包括若干个移动轮和超声波避障模块，本发明提高了垃圾分类效率，实现智能投放，提升了用户使用体验。

Description

一种可分类的语音控制智能垃圾桶
技术领域
本发明涉及垃圾处理技术领域，尤其涉及到一种可分类的语音控制智能垃圾桶。
背景技术
随着科学技术的发展，自动化控制和互联网技术被广泛应用于各个领域中，而如何结合自动化控制技术解决日常生活中最让人头疼的垃圾处理问题也逐渐被人们关注，垃圾分类可以很好的实现资源再利用和环境保护，如果不进行分类投放，后续的垃圾处理过程就会较为复杂，但现有的垃圾桶大都只是单纯隔开空间，进行分类，智能化不高，无法满足人们对垃圾投放的简捷化要求，对于不清楚垃圾分类的人群带来许多不便，且增加了垃圾分类宣传的成本。
综上所述，提供一种可提高垃圾分类效率，实现智能投放，提升用户使用体验的可分类的语音控制智能垃圾桶，是本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
本方案针对上文提到的问题和需求，提出一种可分类的语音控制智能垃圾桶，其由于采取了如下技术方案而能够解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可分类的语音控制智能垃圾桶，包括：智能扫描单元、垃圾分类检测单元、机械驱动单元、提示报警单元、中央协调单元和独立供电单元；
所述智能扫描单元用于扫描垃圾中是否存在有害金属，所述智能扫描单元设置在垃圾桶本体开口处，所述智能扫描单元包括扫描检测模块和报警信息输出模块，所述报警信息输出模块与所述提示报警单元相连接；
所述垃圾分类检测单元用于检测垃圾的干湿及腐烂程度、重量并对垃圾进行识别分类，所述垃圾分类检测单元包括图像识别模块、传感信息检测模块，所述图像识别模块用于对垃圾进行识别和分类，所述传感信息检测模块用于对分类垃圾进行实时检测，当垃圾桶内垃圾的湿度和有害气体及重量超过设置的标准参数则由所述提示报警单元报警提示用户进行下一步动作；
所述机械驱动单元用于驱动设置在垃圾桶底部的可移动底座移动和垃圾桶盖开合以及移动轮运动，所述机械驱动单元包括驱动指令接受模块、电机驱动模块和信息检测模块，所述驱动指令接受模块用于接收所述中央协调单元发送的电机驱动指令，所述电机驱动模块用于驱动相关电机转动进而带动机械机构工作，所述信息检测模块用于检测移动轮转速和桶盖的开合程度；
所述中央协调单元用于接收用户的语音控制指令进而向所述机械驱动单元发送控制指令控制垃圾桶盖的开合和垃圾桶的移动距离及方向，并接收所述垃圾分类检测单元和所述提示报警单元发送的反馈信息进行记录显示，所述中央协调单元包括语音控制模块、智能显示单元和数据库存储模块；
所述独立供电单元用于为上述各单元提供所需电压，所述独立供电单元包括太阳能供电模块、备用锂电池供电模块和切换控制模块，所述太阳能供电模块包括太阳能电池板、充电电路、光敏检测电阻、蓄电池和Buck电路，所述太阳能电池板通过所述充电电路把电能存储到所述蓄电池中，所述蓄电池的电压经过所述Buck电路稳压得到所需电压，所述切换控制模块包括MCU控制器，所述MCU控制器通过AD端口检测蓄电池的电量，当电量变化时，可改变供电方式，所述MCU控制器通过PWM端口调节步进电机带动太阳能电池板转动，使电池板始终保持与太阳光照射方向垂直。
进一步地，还包括自由移动单元，所述自由移动单元包括若干个移动轮和超声波避障模块，所述超声波避障模块包括移动信号接收模块、坐标映射模块和路径规划模块。
更进一步地，所述中央协调单元将用户的语音指令识别转换成移动信号所述移动信号接收模块接收所述移动信号，将移动信号中的位置信息发送至所述坐标映射模块，所述坐标映射模块将垃圾桶和移动信号中的位置信息映射在当前坐标系中，所述路径规划模块采用基于最优动态子目标搜索的路径规划算法到达指定位置。
更进一步地，所述自由移动单元还包括移动指令执行计时模块，所述移动指令执行计时模块用于对移动指令执行时间进行计时，当在一段时间内用户重复输入多个移动坐标指令，则仅执行最后一个移动坐标指令。
进一步地，所述语音控制模块包括语音信息采集处理模块、语音识别模块、RAM开发板和语音播放模块，所述语音信息采集处理模块、所述语音识别模块、所述RAM开发板和所述语音播放模块均与所述RAM开发板相连，所述语音信息采集处理模块包括拾音咪头和滤波放大电路，所述语音识别模块包括语音识别芯片，所述拾音咪头通过所述滤波放大电路与所述语音识别芯片的输入端相连，所述语音识别芯片的输出端与所述语音播放模块相连，所述语音识别芯片的数据交换端与所述RAM开发板的输入端相连。
进一步地，所述扫描检测模块包括金属检测器，所述金属检测器内部分布着三组线圈和信号放大电路，所述三组线圈为中央发射线圈和两个对等的接收线圈，通过设置在中间的所述中央发射线圈连接的振荡器来产生高频可变磁场，空闲状态时设置在两侧接收线圈的感应电压在磁场未受干扰前相互抵消而达到平衡状态，当金属杂质进入磁场区域，磁场受到干扰，则所述感应电压无法抵消，未被抵消的所述感应电压经所述信号放大电路放大处理形成报警信号输出至所述报警信息输出模块。
进一步地，所述提示报警单元包括语音提示模块、灯条闪烁报警模块和报警控制模块，所述报警控制模块用于接收报警信息并控制所述语音提示模块和所述灯条闪烁报警模块进行报警提示。
进一步地，所述图像识别模块包括图像获取模块、图像预处理模块、图像识别模块和垃圾标记模块，所述图像获取模块获取垃圾图像并经由所述图像预处理模块进行图像预处理，将预处理后图片发送至所述图像识别模块，所述图像识别模块采用基于CNN卷积神经网络的识别算法进行特征对比、信息匹配和决策分类，对分类垃圾通过所述垃圾标记模块进行标记并将标记信息传输给所述语音控制模块，所述语音控制模块控制所述机械驱动单元驱动设置在垃圾桶底部的可移动底座移动，将分类垃圾投入对应垃圾存储部分。
进一步地，还包括指纹验证单元，所述指纹验证单元用于验证用户身份，当用户身份合法时才能通过语音控制垃圾桶的移动距离及方向。
从上述的技术方案可以看出，本发明的有益效果是：本发明可提高垃圾分类效率，实现智能投放，提升用户使用体验。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，下文中将结合附图对实施本发明的最优实施例进行更详尽的描述，以便能容易地理解本发明的特征和优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下文将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。
图1为本发明可分类的语音控制智能垃圾桶的组成结构示意图。
图2为本发明中语音控制模块的组成结构示意图。
图3为本实施例中图像识别过程的具体流程示意图。
图4为本发明中智能垃圾桶的结构示意图。
附图标记：
扫描检测模块1、垃圾分类检测单元2、机械驱动单元3、提示报警单元4、中央协调单元5、独立供电单元6、可移动底座31、垃圾桶盖32、移动轮33。
具体实施方式
为了使得本发明的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种可提高垃圾分类效率，实现智能投放，提升用户使用体验的可分类的语音控制智能垃圾桶。如图1至图4所示，该系统包括：智能扫描单元、垃圾分类检测单元2、机械驱动单元3、提示报警单元4、中央协调单元5和独立供电单元6。其中，所述提示报警单元4包括语音提示模块、灯条闪烁报警模块和报警控制模块，所述报警控制模块用于接收报警信息并控制所述语音提示模块和所述灯条闪烁报警模块进行报警提示，报警控制模块包括报警控制器，报警控制器通过总线与中央协调单元5相连。本系统还包括自由移动单元以及指纹验证单元，所述自由移动单元包括若干个移动轮33和超声波避障模块，本实施例中，4个移动轮33设置在垃圾桶外底部便于垃圾桶的移动，该移动轮33具有有自动刹车功能，没有移动命令时，自动刹车保证垃圾桶不会随意滑动，所述超声波避障模块包括移动信号接收模块、坐标映射模块和路径规划模块。所述中央协调单元5将用户的语音指令识别转换成移动信号所述移动信号接收模块接收所述移动信号，将移动信号中的位置信息发送至所述坐标映射模块，所述坐标映射模块将垃圾桶和移动信号中的位置信息映射在当前坐标系中，所述路径规划模块采用基于最优动态子目标搜索的路径规划算法到达指定位置。所述指纹验证单元用于验证用户身份，当用户身份合法时才能通过语音控制垃圾桶的移动距离及方向，指纹验证用于保证仅有特定人员才可移动垃圾桶，也可采用其它如声纹验证方式或人脸验证方式。
本系统中的所述智能扫描单元用于扫描垃圾中是否存在有害金属，所述智能扫描单元设置在垃圾桶本体开口处，所述智能扫描单元包括扫描检测模块1和报警信息输出模块，所述报警信息输出模块与所述提示报警单元4相连接。所述扫描检测模块1包括金属检测器，所述金属检测器内部分布着三组线圈和信号放大电路，所述三组线圈为中央发射线圈和两个对等的接收线圈，通过设置在中间的所述中央发射线圈连接的振荡器来产生高频可变磁场，空闲状态时设置在两侧接收线圈的感应电压在磁场未受干扰前相互抵消而达到平衡状态，当金属杂质进入磁场区域，磁场受到干扰，则所述感应电压无法抵消，未被抵消的所述感应电压经所述信号放大电路放大处理形成报警信号输出至所述报警信息输出模块。
所述垃圾分类检测单元2用于检测垃圾的干湿及腐烂程度、重量并对垃圾进行识别分类，所述垃圾分类检测单元2包括图像识别模块和传感信息检测模块，所述图像识别模块用于对垃圾进行识别和分类，所述传感信息检测模块用于对分类垃圾进行实时检测，当垃圾桶内垃圾的湿度和有害气体及重量超过设置的标准参数则由所述提示报警单元4报警提示用户进行下一步动作。所述图像识别模块包括图像获取模块、图像预处理模块、图像识别模块和垃圾标记模块，其中，如图3所示，图像识别过程如下：所述图像获取模块获取垃圾图像并经由所述图像预处理模块进行图像预处理，将预处理后图片发送至所述图像识别模块，所述图像识别模块采用基于CNN卷积神经网络的识别算法进行特征对比、信息匹配和决策分类，对分类垃圾通过所述垃圾标记模块进行标记并将标记信息传输给所述语音控制模块，所述语音控制模块控制所述机械驱动单元3驱动设置在垃圾桶底部的可移动底座31移动，将分类垃圾投入对应垃圾存储部分。
所述机械驱动单元3用于驱动设置在垃圾桶底部的可移动底座31移动和垃圾桶盖32开合以及移动轮33运动，所述机械驱动单元3包括驱动指令接受模块、电机驱动模块和信息检测模块，所述驱动指令接受模块用于接收所述中央协调单元5发送的电机驱动指令，所述电机驱动模块用于驱动相关电机转动进而带动机械机构工作，所述信息检测模块用于检测移动轮33转速和桶盖的开合程度，本实施例的信息检测模块采用设置在垃圾桶盖上的角度传感器来检测桶盖的开合角度，采用设置在移动轮上的编码器来检测移动轮的运动速度，其中，可移动底座31上设置有4个分类垃圾桶，包括有害分类、厨余分类、可回收分类和其它分类，如图1所示，垃圾桶口到分类垃圾桶之间设置有识别区，将垃圾从垃圾口投入通过识别区识别分类，在驱动移动底座31将相应分类垃圾桶对准识别区出口进行垃圾投放，识别区为翻盖设计，识别结束后，所述机械驱动单元3可控制相应电机驱动翻盖机构进行垃圾分类。
所述中央协调单元5用于接收用户的语音控制指令进而向所述机械驱动单元3发送控制指令控制垃圾桶盖32的开合和垃圾桶的移动距离及方向，并接收所述垃圾分类检测单元2和所述提示报警单元4发送的反馈信息进行记录显示，所述中央协调单元5包括语音控制模块、智能显示单元和数据库存储模块，其中，所述语音控制模块包括语音信息采集处理模块、语音识别模块、RAM开发板和语音播放模块，所述语音信息采集处理模块、所述语音识别模块、所述RAM开发板和所述语音播放模块均与所述RAM开发板相连，所述语音信息采集处理模块包括拾音咪头和滤波放大电路，所述语音识别模块包括语音识别芯片，所述拾音咪头通过所述滤波放大电路与所述语音识别芯片的输入端相连，所述语音识别芯片的输出端与所述语音播放模块相连，所述语音识别芯片的数据交换端与所述RAM开发板的输入端相连。
所述独立供电单元6用于为上述各单元提供所需电压，所述独立供电单元6包括太阳能供电模块、备用锂电池供电模块和切换控制模块，所述太阳能供电模块包括太阳能电池板、充电电路、光敏检测电阻、蓄电池和Buck电路，所述太阳能电池板通过所述充电电路把电能存储到所述蓄电池中，所述蓄电池的电压经过所述Buck电路稳压得到所需电压，所述切换控制模块包括MCU控制器，所述MCU控制器通过AD端口检测蓄电池的电量，当电量变化时，可改变供电方式，所述MCU控制器通过PWM端口调节步进电机带动太阳能电池板转动，使电池板始终保持与太阳光照射方向垂直。在本实施例中，在太阳能电池板的东、西方向各安装一个光敏电阻，用于检测太阳光照射方向的变化，从而让控制器调节步进电机带动太阳能电池板转动，使电池板始终保持与太阳光照射方向垂直。当蓄电池的电量低于40%时，锂电池单独供电；当电量为40%～60%时，太阳能和锂电池并联供电；当电量高于60%时，太阳能电池单独供电。
本系统中的自由移动单元可以控制垃圾桶桶体自由移动，用户可通过类似“东南154度”、“东北29度”的语音指令控制垃圾桶的移动，但该控制移动的语音指令必须在用户通过指纹身份识别后才会，所述自由移动单元还包括移动指令执行计时模块，所述移动指令执行计时模块用于对移动指令执行时间进行计时，当在一段时间内用户重复输入多个移动坐标指令，则仅执行最后一个移动坐标指令。
应当说明的是，本发明所述的实施方式仅仅是实现本发明的优选方式，对属于本发明整体构思，而仅仅是显而易见的改动，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可分类的语音控制智能垃圾桶，其特征在于，包括：智能扫描单元、垃圾分类检测单元、机械驱动单元、提示报警单元、中央协调单元和独立供电单元；
所述智能扫描单元用于扫描垃圾中是否存在有害金属，所述智能扫描单元设置在垃圾桶本体开口处，所述智能扫描单元包括扫描检测模块和报警信息输出模块，所述报警信息输出模块与所述提示报警单元相连接；
所述垃圾分类检测单元用于检测垃圾的干湿及腐烂程度、重量并对垃圾进行识别分类，所述垃圾分类检测单元包括图像识别模块和传感信息检测模块，所述图像识别模块用于对垃圾进行识别和分类，所述传感信息检测模块用于对分类垃圾进行实时检测，当垃圾桶内垃圾的湿度和有害气体及重量超过设置的标准参数则由所述提示报警单元报警提示用户进行下一步动作；
所述机械驱动单元用于驱动设置在垃圾桶底部的可移动底座移动和垃圾桶盖开合以及移动轮运动，所述机械驱动单元包括驱动指令接受模块、电机驱动模块和信息检测模块，所述驱动指令接受模块用于接收所述中央协调单元发送的电机驱动指令，所述电机驱动模块用于驱动相关电机转动进而带动机械机构工作，所述信息检测模块用于检测移动轮转速和桶盖的开合程度；
所述中央协调单元用于接收用户的语音控制指令进而向所述机械驱动单元发送控制指令控制垃圾桶盖的开合和垃圾桶的移动距离及方向，并接收所述垃圾分类检测单元和所述提示报警单元发送的反馈信息进行记录显示，所述中央协调单元包括语音控制模块、智能显示单元和数据库存储模块；
所述独立供电单元用于为上述各单元提供所需电压，所述独立供电单元包括太阳能供电模块、备用锂电池供电模块和切换控制模块，所述太阳能供电模块包括太阳能电池板、充电电路、光敏检测电阻、蓄电池和Buck电路，所述太阳能电池板通过所述充电电路把电能存储到所述蓄电池中，所述蓄电池的电压经过所述Buck电路稳压得到所需电压，所述切换控制模块包括MCU控制器，所述MCU控制器通过AD端口检测蓄电池的电量，当电量变化时，可改变供电方式，所述MCU控制器通过PWM端口调节步进电机带动太阳能电池板转动，使电池板始终保持与太阳光照射方向垂直；
还包括自由移动单元，所述自由移动单元包括若干个移动轮和超声波避障模块，所述超声波避障模块包括移动信号接收模块、坐标映射模块和路径规划模块；
所述中央协调单元将用户的语音指令识别转换成移动信号所述移动信号接收模块接收所述移动信号，将移动信号中的位置信息发送至所述坐标映射模块，所述坐标映射模块将垃圾桶和移动信号中的位置信息映射在当前坐标系中，所述路径规划模块采用基于最优动态子目标搜索的路径规划算法到达指定位置。
2.如权利要求1所述的可分类的语音控制智能垃圾桶，其特征在于，所述自由移动单元还包括移动指令执行计时模块，所述移动指令执行计时模块用于对移动指令执行时间进行计时，当在一段时间内用户重复输入多个移动坐标指令，则仅执行最后一个移动坐标指令。
3.如权利要求1所述的可分类的语音控制智能垃圾桶，其特征在于，所述语音控制模块包括语音信息采集处理模块、语音识别模块、RAM开发板和语音播放模块，所述语音信息采集处理模块、所述语音识别模块、所述RAM开发板和所述语音播放模块均与所述RAM开发板相连，所述语音信息采集处理模块包括拾音咪头和滤波放大电路，所述语音识别模块包括语音识别芯片，所述拾音咪头通过所述滤波放大电路与所述语音识别芯片的输入端相连，所述语音识别芯片的输出端与所述语音播放模块相连，所述语音识别芯片的数据交换端与所述RAM开发板的输入端相连。
4.如权利要求1所述的可分类的语音控制智能垃圾桶，其特征在于，所述扫描检测模块包括金属检测器，所述金属检测器内部分布着三组线圈和信号放大电路，所述三组线圈为中央发射线圈和两个对等的接收线圈，通过设置在中间的所述中央发射线圈连接的振荡器来产生高频可变磁场，空闲状态时设置在两侧接收线圈的感应电压在磁场未受干扰前相互抵消而达到平衡状态，当金属杂质进入磁场区域，磁场受到干扰，则所述感应电压无法抵消，未被抵消的所述感应电压经所述信号放大电路放大处理形成报警信号输出至所述报警信息输出模块。
5.如权利要求1所述的可分类的语音控制智能垃圾桶，其特征在于，所述提示报警单元包括语音提示模块、灯条闪烁报警模块和报警控制模块，所述报警控制模块用于接收报警信息并控制所述语音提示模块和所述灯条闪烁报警模块进行报警提示。
6.如权利要求1所述的可分类的语音控制智能垃圾桶，其特征在于，所述图像识别模块包括图像获取模块、图像预处理模块、图像识别模块和垃圾标记模块，所述图像获取模块获取垃圾图像并经由所述图像预处理模块进行图像预处理，将预处理后图片发送至所述图像识别模块，所述图像识别模块采用基于CNN卷积神经网络的识别算法进行特征对比、信息匹配和决策分类，对分类垃圾通过所述垃圾标记模块进行标记并将标记信息传输给所述语音控制模块，所述语音控制模块控制所述机械驱动单元驱动设置在垃圾桶底部的可移动底座移动，将分类垃圾投入对应垃圾存储部分。
7.如权利要求1所述的可分类的语音控制智能垃圾桶，其特征在于，还包括指纹验证单元，所述指纹验证单元用于验证用户身份，当用户身份合法时才能通过语音控制垃圾桶的移动距离及方向。
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