1. 开发背景

随着现代科技的不断发展，智能控制技术日益成熟，物联网与智能家居开始不断出现在人们的视线中。在现代家居生活中，人们越来越注重各种生活产品的智能化、合理化和人性化。我们团队基于目前智能垃圾桶的使用现状，开发了一款全新的与众不同的智能家居垃圾桶，可实现应声而来、自动翻盖等功能，以解决扔垃圾不便的问题。

2.设计思路

（1）  电路布线设计思路

在设计思路上，注重机电一体化、智能化，将纯机械结构与单片机智能控制有机结合，单片机的模块化优点使我们能够以普通的智能小车为平台，增添或改进其功能，实现我们所预想的功能。

本作品在控制系统上采用模块化的设计，利用Arduino Mega2560单片机以及树莓派各个模块集成在一起，使整体功能得以实现。对应其模块化的优点，我们根据设计的功能选择不同模块，实现产品的快

速更新迭代。

（2）控制系统设计思路

 3.设计方案

1. 声音采集：由ReSpeaker Mic Array采集声音，运用DOA算法估算声源方位

2. 语音离线唤醒：采用Snowboy语音引擎，训练自定义唤醒词模型

3. 语音识别：使用百度智能云的语音识别接口开发语音助手

4. 电机驱动：由Arduino Mega2560产生PWM控制信号驱动电机工作。

5. 安全刹停：以超声波传感器探测障碍距离，及时刹停以避免碰撞。

6. 安全预警：采用摄像头获取信息，进行人脸识别，对检测到的人脸信息进行邮件反馈预警

7. 蓝牙控制：使用蓝牙模块，通过软串口对底盘进行移动控制

8. 手机APP：自主开发手机APP,对智能垃圾桶进行自定义化控制

9. 自动翻盖：采用超声波模块和舵机，当检测到扔垃圾动作时控制舵机进行翻盖动作

10. 测满预警：采用超声波模块检测垃圾桶内垃圾高度，当达到一定高度后进行报警

 4.设计原理

电机驱动模块根据Arduino Mega2560控制器输出的控制信号驱动电机的运行。由Arduino Mega2560产生两路PWM波，通过L298N电机驱动芯片控制两个直流电机，分别驱动左轮和右轮。直走时两路PWM波频率相位相同，当需要转弯时，改变PWM波控制相应的电机反转，另一电机正转。两边形成差速即可实现转向。调整反转的的时间，可以控制转弯角度，改变PWM波的占空比可以控制底盘的速度。

利用超声波模块检测距离，设置两个超声波模块。一个放置于桶盖上，检测垃圾桶内部的垃圾高度，以此判断垃圾桶是否装满，通过桶底下部指示灯提醒人们是否需要倒垃圾。另一个放于桶身外部，通过是否被遮挡来判断是否有扔垃圾动作，当有扔垃圾动作时控制舵机打开桶盖。

自制手机APP，通过蓝牙与垃圾桶底部放置的蓝牙模块连接，当按动手机APP内的按键时，将通过串口向垃圾桶发送信息，以此控制垃圾桶的移动。

利用摄像头捕获视频信息，进行人脸识别处理，检测是否有人出现在垃圾桶附近，并将检测到的人脸信息通过QQ邮箱的POP3/SMTP服务发送到指定邮箱，以此来达到报警的目的。

通过四麦克风阵列获取声源信息，利用Snowboy唤醒词引擎监听，当监听到唤醒词后，调用内置算法将唤醒词的声源信息转化成角度信息发送给下位机，下位机接收后经内置算法处理控制底部执行机构到达声源位置。唤醒之后继续监听后续声音信息，通过百度智能云的语音识别接口处理，实现智能语音交互助手功能。

声源转化算法解释：