本实用新型涉及一种基于4G通信的多功能生活垃圾分类装置，包括Cortex‑M内核微控制器、语音识别模块、语音播报模块、LCD显示模块、指示灯、存储模块、生活垃圾类别库、火灾监控模块、报警呼救模块、照明灯光控制模块、公交到站提醒模块、伺服电机控制模块、电源模块。可以在实现自动垃圾分类、一键紧急报警、一键紧急呼救、火灾监控、公交到站提醒、照明灯光控制功能、自动开关垃圾回收箱功能。主要应用场景为公交站台垃圾回收箱，为公众提供包括垃圾分类服务在内的多种服务。
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 CN 213833073 U (45)授权公告日 2021.07.30 (21)申请号 3.3 (22)申请日 2020.07.07 (73)专利权人 天津科技大学 地址 300000 天津市滨海新区经济技术开 发区第十三大街9号 (72)发明人 赵继民李鹏钜 (74)专利代理机构 天津垠坤知识产权代理有限 公司 12248 代理人 于德江 (51)Int.Cl. B65F 1/00 (2006.01) B65F 1/14 (2006.01) E04H 1/12 (2006.01) F21V 23/00 (2015.01) F21V 23/04 (2006.01) 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 (54)实用新型名称 一种基于4G通信的多功能生活垃圾分类装 置 (57)摘要 本实用新型涉及一种基于4G通信的多功能 生活垃圾分类装置，包括Cortex‑M内核微控制 器、语音识别模块、语音播报模块、LCD显示模块、 指示灯、存储模块、生活垃圾类别库、火灾监控模 块、报警呼救模块、照明灯光控制模块、公交到站 提醒模块、伺服电机控制模块、电源模块。可以在 实现自动垃圾分类、一键紧急报警、一键紧急呼 救、火灾监控、公交到站提醒、照明灯光控制功 能、自动开关垃圾回收箱功能。主要应用场景为 公交站台垃圾回收箱，为公众提供包括垃圾分类 服务在内的多种服务。 U 3 7 0 3 3 8 3 1 2 N C CN 213833073 U 权利要求书 1/2页 1.一种基于4G通信的多功能生活垃圾分类装置，包括Cortex‑M内核微控制器、语音识 别模块、语音播报模块、LCD显示模块、指示灯、存储模块、生活垃圾类别库、火灾监控模块、 报警呼救模块、照明灯光控制模块、公交到站提醒模块、伺服电机控制模块、电源模块，其特 征在于所述生活垃圾类别库包括可回收垃圾库、不可回收干垃圾库、湿垃圾库、有害垃圾 库，这些垃圾分类库存储各类生活垃圾的名称；所述Cortex‑M内核微控制器通过FSMC与LCD 显示模块连接；所述语音识别模块通过串口与微控制器连接；所述语音播报模块通过GPIO 端口与微控制器连接；所述指示灯采用LED灯，通过GPIO端口与微控制器连接；所述火灾监 控模块包括烟雾传感器和温度传感器，烟雾传感器可以检测垃圾桶内是否有烟雾，温度传 感器可以检测垃圾桶内温度；报警呼救模块包括报警按钮和呼救按钮，报警按钮和呼救按 钮通过GPIO端口与微控制器连接实现一键报警或呼救；所述照明灯光控制模块包括红外传 感器和光敏传感器，红外传感器用来检测公交站是否有人，光敏传感器检测当前环境光照 情况；所述公交到站提醒模块包括4G模块，4G模块通过UART串口与微控制器相连，实现公交 车的位置获取；所述伺服电机控制模块包括伺服电机驱动电路，通过驱动伺服电机实现垃 圾箱盖子的打开与关闭。 2.根据权利要求1所述的一种基于4G通信的多功能生活垃圾分类装置，其特征在于所 述语音识别模块能够通过语音输入待分类生活垃圾名称。 3.根据权利要求2所述的一种基于4G通信的多功能生活垃圾分类装置，其特征在于所 述语音识别模块采用带扬声器的WM8978模块，WM8978通过ADC将麦克风信号转换成数字信 号，通过I2S接口，传输给微控制器。 4.根据权利要求1所述的一种基于4G通信的多功能生活垃圾分类装置，其特征在于所 述LCD显示模块能够显示待分类生活垃圾名称和该生活垃圾的分类结果，并可以显示附近 地图，显示公交站点所有停靠公交的时刻表和路线G通信的多功能生活垃圾分类装置，其特征在于所 述LCD显示模块与微控制器之间通过FSMC相连接，微型控制器通过FSMC驱动LCD显示模块。 6.根据权利要求1所述的一种基于4G通信的多功能生活垃圾分类装置，其特征在于所 述语音播报模块能够对待分类的生活垃圾的分类结果进行语音播报，能够对公交站点即将 到达的公交车进行语音播报提示。 7.根据权利要求1所述的一种基于4G通信的多功能生活垃圾分类装置，其特征在于所 述指示灯能根据待分类生活垃圾的分类结果指示该生活垃圾应当投放的垃圾桶的位置。 8.根据权利要求1所述的一种基于4G通信的多功能生活垃圾分类装置，其特征在于所 述伺服电机控制模块能够根据垃圾分类结果打开对应垃圾箱的箱盖。 9.根据权利要求1所述的一种基于4G通信的多功能生活垃圾分类装置，其特征在于所 述存储模块用于存储生活垃圾类别库。 10.根据权利要求1所述的一种基于4G通信的多功能生活垃圾分类装置，其特征在于所 述生活垃圾类别库用来与待分类生活垃圾名进行比对，通过比对来确认该待分类生活垃圾 属于哪一类别。 11.根据权利要求1所述的一种基于4G通信的多功能生活垃圾分类装置，其特征在于所 述火灾监控模块可监控垃圾箱内温度和垃圾箱内是否有火灾烟雾，通过4G模块发送预警或 火灾报警信息。 2 2 CN 213833073 U 权利要求书 2/2页 12.根据权利要求1所述的一种基于4G通信的多功能生活垃圾分类装置，其特征在于所 述报警呼救模块检测到报警按钮或急救按钮按下后，会自动拨打报警电话或急救电话，并 同时发送位置信息。 13.根据权利要求1所述的一种基于4G通信的多功能生活垃圾分类装置，其特征在于所 述照明灯光控制模块检测到环境光照过暗时打开照明系统，当附近无人时则降低光照系统 功率，环境光照充足时关闭照明系统。 14.根据权利要求1所述的一种基于4G通信的多功能生活垃圾分类装置，其特征在于所 述公交到站提醒模块通过4G模块获得公交位置信息，当某班公交即将到站则通过扬声器播 报提示语音。 15.根据权利要求1所述的一种基于4G通信的多功能生活垃圾分类装置，其特征在于所 述的微控制器采用STM32F407ZGT6单片机，LCD显示模块采用ATK‑4.3寸TFTLCD模块，语音识 别模块采用带扬声器的WM8978模块，存储模块采用通过SDIO接口与微控制器连接的SD存储 器，语音播报模块采用扬声器，烟雾传感器采用深圳市普哲斯科技有限公司的SS168火灾烟 雾感应器，温度传感器采用DS18B20温度传感器，光敏传感器采用LS1光敏二极管，红外传感 器采用SL625人体红外感应模块，4G模块采用上海移远公司的全网通数据版EC204G模块。 3 3 CN 213833073 U 说明书 1/4页 一种基于4G通信的多功能生活垃圾分类装置 技术领域 [0001] 本实用新型属于垃圾分类智能设备领域，尤其是一种基于4G通信的多功能生活垃 圾分类装置。 背景技术 [0002] 垃圾处理一直是人类社会所关注的一个焦点，长久以来国内和国际上一直采取卫 生填埋、高温堆肥和焚烧，但这些处理方式仍存在着极大的环境污染、资源浪费和损耗，制 约着我国环保产业的发展。垃圾分类是对垃圾处理传统方式的改革，是对垃圾处理的一种 科学的管理方法，能有效的降低环境污染、资源浪费，打破资源再利用的瓶颈。 [0003] 2015年9月，中共中央、国务院印发《生态文明提质改革总体方案》，提出加快建立 垃圾强制分类制度。2019年6月6日，住建部等9部门联合发布《关于在全国地级及以上城市 全面开展生活垃圾分类工作的通知》，明确到2020年，46个重点城市基本建成生活垃圾分类 处理系统，到2025年，全国地级及以上城市基本建成生活垃圾分类处理系统。目前，北京、上 海、深圳等超大城市先后就生活垃圾管理进行修法或立法，通过督促引导，强化全流程分 类、严格执法监管，让更多人行动起来。 [0004] 目前生活中的垃圾分类存在着诸多困难。生活中人们所面对的垃圾种类繁多，各 个年龄段的人群普遍缺乏垃圾分类知识。对人群进行垃圾分类科普任务量庞大，极大消耗 人力物力，而且对幼龄人群和老年人群普及垃圾分类知识难度大，效率低下。现有的各样分 类垃圾桶虽被全面推广普及，但任然依靠人为分类。同时若不能很好帮人们解决垃圾的分 类问题，各个城市所采取的修法或立法、监督引导、严格执法等措施就存在很大阻力，缺少 支撑，难以取得理想效果。 发明内容 [0005] 本实用新型的目的在于在公共场合尤其是公交站点帮助各个年龄段的人群实现 自动化的识别生活垃圾种类，提供一种便捷式的、适应各个年龄人群和各个文化程度人群 的生活垃圾分类方式，并且本实用新型可以在实现垃圾分类功能的情况下额外实现一键紧 急报警、一键紧急呼救、火灾监控、公交到站提醒、照明灯光控制功能、自动开关垃圾回收箱 功能。本实用新型主要应用场景为公交站台垃圾回收箱，为公众提供包括垃圾分类服务在 内的多种服务。 [0006] 本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的： [0007] 一种基于4G通信的多功能生活垃圾分类装置，包括Cortex‑M内核微控制器、语音 识别模块、语音播报模块、LCD显示模块、指示灯、存储模块、生活垃圾类别库、火灾监控模 块、报警呼救模块、照明灯光控制模块、公交到站提醒模块、伺服电机控制模块、电源模块， 其特征在于所述生活垃圾类别库包括可回收垃圾库、不可回收干垃圾库、湿垃圾库、有害垃 圾库，这些垃圾分类库包含常见的各类垃圾具体名称信息；所述Cortex‑M内核微控制器通 过 FSMC与LCD显示模块连接；所述语音模块通过串口与微控制器连接；所述语音播报模块 4 4 CN 213833073 U 说明书 2/4页 通过GPIO端口与微控制器连接；所述指示灯采用LED灯，通过GPIO端口与微控制器连接；所 述火灾监控模块包括烟雾传感器和温度传感器，烟雾传感器可以检测垃圾桶内是否有烟 雾，温度传感器可以检测垃圾桶内温度；报警呼救模块包括报警按钮和呼救按钮，报警按钮 和呼救按钮通过GPIO端口与微控制器连接实现一键报警或呼救；所述照明灯光控制模块包 括红外传感器和光敏传感器，红外传感器用来检测公交站是否有人，光敏传感器检测当前 环境光照情况；所述公交到站提醒模块包括4G模块，4G模块通过UART串口与微控制器相连， 实现公交车的位置获取；所述伺服电机控制模块包括伺服电机驱动电路，通过驱动伺服电 机实现垃圾箱盖子的打开与关闭。 [0008] 而且，所述LCD模块用于显示待分类的生活垃圾、分类结果、附近地图和显示所在 公交站点所有停靠公交的时刻表和路线] 而且，所述语音模块实现要分类的生活垃圾的语音输入。 [0010] 而且，所述语音播报模块可以实现实现对分类结果的语音播报，对即将到站的公 交班次进行预报。 [0011] 而且，所述Cortex‑M内核微控制器还连接一程序下载接口实现微控制器内部软件 程序和生活垃圾类别库的升级与更新。 [0012] 而且，所述烟雾传感器采用深圳市普哲斯科技有限公司的SS168火灾烟雾感应器， 温度传感器采用DS18B20温度传感器。 [0013] 而且，Cortex‑M内核微控制器还通过GPIO连接信号指示灯，指示灯可以指示所分 类后的生活垃圾应该投放于哪一个位置的垃圾桶内。 [0014] 而且，所述的LCD显示模块采用的是ALIENTEK公司的ATK‑4.3寸TFTLCD模块，语音 输入模块使用自带麦克风的WM8978模块，语音播报模块采用扬声器。 [0015] 而且，本实用新型采用DC6‑16V电源输入，采用输出电压为12V输出电流为1A的开 关电源适配器供电。 [0016] 而且，所述的光敏传感器采用LS1光敏二极管，所述红外传感器采用SL625人体红 外感应模块，其感应范围为10至15米。 [0017] 而且，所述4G模块采用上海移远公司的全网通数据版EC204G模块，通过UART与微 控制器相连接。 [0018] 本实用新型的优点和积极效果是： [0019] 1、本实用新型提供了一种应用在公众场合尤其是公交站台的方便快捷的生活垃 圾分类方式，相比于生活中传统的人为的生活垃圾种类辨别方式具有极为明显的分类速度 快、不需要大量生活垃圾分类知识的特点。 [0020] 2、本实用新型能够在实现垃圾分类的基础上实现多种功能，集成化程度高，相较 于各种机器人而言成本更为低廉，能够在公共场合尤其是公交站台推广。 [0021] 3、本实用新型能够语音输入待分类的生活垃圾名，适用于各年龄段的人群。 [0022] 4、本实用新型能够通过下载串口对垃圾分类库进行更新。 [0023] 5、本实用新型能够在实现包括垃圾分类、一键紧急报警、一键紧急呼救、火灾监 控、公交到站提醒、照明灯光控制功能、自动开关垃圾回收箱功能，能够为公交乘客和路人 提供多元化服务，且本实用新型的功能可剪裁，以适应不同应用场景。 [0024] 6、本实用新型能够一键紧急报警，可快速便捷拨打报警电线页 位置信息，给公民尤其是儿童和老人提供了便捷的、易获得的报警途径。 [0025] 7、本实用新型能够一键紧急呼救，可快速拨打距装置最近的医院的急救电话，并 给医院发送位置信息，给公民提供了一种紧急情况下可快速呼救的途径。 [0026] 8、本实用新型实现对垃圾桶的火灾监控，尤其是在高温天气，以及未熄灭烟头被 误丢入垃圾桶的情况下，能够有效防止火灾，避免人员伤害，减少公共财产损失。 [0027] 9、本实用新型能够实现公交站台的照明灯光控制，环境昏暗时自动开启照明，环 境光照充足时自动关闭照明，在开启照明时检测到公交站台无人时将降低公交站台照明系 统的输出功率。 附图说明 [0028] 图1是本实用新型的系统结构示意图； [0029] 图2是本实用新型的控制方案流程图； 具体实施方式 [0030] 下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不 是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。 [0031] 本实用新型实施例1，如图1所示，本实用新型提供一种基于4G通信的多功能生活 垃圾分类装置，包括所述生活垃圾分类语音助手装置中的ST—LINK/V2下载模块，电源电 路，带扬声器的WM8978模块，存储模块，LCD显示模块，扬声器、指示灯、火灾监控模块、报警 呼救模块、照明灯光控制模块、公交到站提醒模块和伺服电机控制模块。其特征在于所述带 扬声器的WM8978模块为本实用新型的语音输入端，显示模块、扬声器和指示灯为本实用新 型的输出端，其中显示模块由FSMC和FTFLCD组成，其特征在于FSMC驱动FTFLCD， FTFLCD显 示屏用来显示待分类的生活垃圾名称和此生活垃圾的分类结果；ST—LINK/V2下载模块通 过SWIM接口与微控制器相连接为微控制器下载程序和调试提供路径，同时还为更新本实用 新型的生活垃圾类别库提供路径；电源电路与微控制器相连为其提供3.3V稳定电压，同时 为FTFLCD显示模块提供稳定的3.3V电源；带扬声器的WM8978模块通过ADC 将麦克风信号转 换成数字信号，通过I2S接口，传输给微控制器，实现本实用新型的语音输入待分类垃圾名 称的功能；扬声器由WM8978通过I2S接口同微控制器进行音频数据传输来实现语音播报；指 示灯通过GPIO与微控制器相连，实现对已分类生活垃圾要投入的垃圾桶位置的指示；存储 模块通过SDIO接口与微控制器连接，实现对生活垃圾类别库的存储；火灾监控模块通过 GPIO与微控制器相连，实现垃圾桶失火的预警和报警；报警呼救模块通过 GPIO与微控制器 相连，当检测到报警或救护按钮按下后装置会自动拨打报警电话或急救电话，并同时发送 位置信息；照明灯光控制模块通过GPIO与微控制器相连，通过微控制器内部ADC检测光敏二 极管电流变化和红外传感器的输入信号，根据光敏二极管电流大小和红外传感器输入信号 控制照明系统；公交到站提醒模块中的4G模块通过UART与微控制器相连，通过4G模块获取 公交车位置信息，当某公交将要到达站台时通过扬声器播报提示语音；伺服电机控制模块 通过伺服驱动电路与微控制器相连，当人们要投放垃圾并且装置给出垃圾分类结果后，伺 服电机驱动对应垃圾桶盖子打开。 [0032] 本实用新型实施例2，本实用新型提供一种基于4G通信的多功能生活垃圾分类装 6 6 CN 213833073 U 说明书 4/4页 置，包括步骤：①用户对装置说出唤醒词，装置唤醒并提示用户说出待分类生活垃圾名称； ②用户说出待分类生活垃圾名称，语音识别模块识别后将处理后的数据传输给微控制器； ③微控制器进行分类，将分类结果传输给LCD显示模块，并向指示灯和扬声器传发送制信 号；④LCD 显示模块在显示屏上显示分类结果，扬声器播报语音，指示灯指示该类垃圾桶位 置，伺服电机控制模块控制伺服电机打开对应的垃圾箱盖。⑤垃圾桶内温度若达到80摄氏 度装置则通过 4G模块发送火灾预警信息，当烟雾传感器检测到垃圾桶内有烟雾时则通过 4G模块发送火灾报警信息。⑥装置检测到环境光照过暗时打开照明系统，当附近无人时则 降低光照系统功率，环境光照充足时关闭照明系统。⑦装置通过4G模块获得公交位置信息， 当某班公交即将到站则通过扬声器播报提示语音。⑧装置检测报警按钮或救护按钮是否按 下，若按下则拨打报警电话或急救电线，如图二所示，本实用新型提供一种生活垃圾分类语音助手装 置，系统结构包括监听系统和执行系统，其特征在于监听系统不断监听是否有用户发出唤 醒指令、待分类生活垃圾名称语音、火灾预警或报警指令、照明控制指令、报警或救护指令、 公交即将到站指令，当监听某条指令会触发中断执行相应中断服务，执行完毕后继续监听 下一条指令；执行系统则根据中断服务发送的指令执行相应操作。具体流程为，程序开始执 行，判断是否接收到相关指令，接收指令后进一步判断是什么指令，若为唤醒指令则唤醒垃 圾分类系统，否则判断系统是否已经唤醒，若已经唤醒则判断是否为分类指令，是分类指令 则执行相应操作，若为火灾预警或报警指令则发出预警或报警信息，若为照明控制指令则 对照明系统进行控制，公交即将到站指令则播报提示语音，若为报警或救护指令则拨打报 警电话或急救电话并发送位置信息，执行相应操作完毕后等待下一条指令。 [0034] 需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实 用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的 技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。 7 7 CN 213833073 U 说明书附图 1/2页 图1 8 8 CN 213833073 U 说明书附图 2/2页 图2 9 9
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