参赛作品分享-基于PYNQ的智能垃圾分类箱

这个作品算是我大学期间的end show吧，其实也算是第一次做那么大的工程，逛博客看到别人在乱发我们的作品，也是无语…
但是还是欢迎大家评论交流。

版权声明

2019FPGA创新设计大赛-基于PYNQ的智能垃圾分类箱

第一部分 设计概述 /Design Introduction

1.1 设计目的

随着现代 会的高速发展，其带来的环境压力也越来越大，对于日益剧增的垃圾产量已经成为世界关注的焦点。垃圾分类成为制约我国环保产业发展的瓶颈，也是造成环境污染、资源再利用困难的根源之一，所以推进垃圾分类刻不容缓。然而垃圾分类总是“屡试屡败”工作推进难度巨大，“垃圾分类难”也同样困扰着大众，为了缓解垃圾分类的问题，减轻 会和居民的压力，如果可以实现可回收垃圾二次分类，对生活垃圾自主分类就显得尤为重要。于此，我们决定设计这样一个作品—智能识别自动投递分类垃圾箱，方便垃圾回收和利用。

本作品是基于赛灵思公司的 pynq 开发平台设计，同时结合了机械控制和神经 络等知识，拥有可以自主识别垃圾并分类的功能，以 FPGA 作为核心处理器最大程度的实现了垃圾识别与分类。该智能垃圾桶将人工分类垃圾转为智能化，大大节省了人力，物力，降低垃圾分类的烦恼，具有长远的利用价值和非常巨大的市场前景。该作品有两种操作模式，可在图像识别和语音识别两种模式之间自由切换。

1.2 应用领域

本作品应用前景广泛，智能识别自动分类系统实现用摄像头取代了人类的眼睛，人工智能取代了大脑，电机取代了双手。实用性强且可使用范围广，既推动我国环保事业，又减轻 会对垃圾处理的压力，节约资源降低处理垃圾资金投入。

1.3 适用范围

有效减少环境污染，提高资源的再利用，可以适用于生活中的方方面面。例如，在家庭中使用，解决居民垃圾分类的烦恼，或是运用各大商场或人流量密集的地方，可以大大缓解垃圾分类的问题，减轻 会环境压力。此外，本作品可适用于可回收垃圾的二次分类，即加大资源的回收利用，有促进 会可持续发展具有一定的市场经济价值。

第二部分 系统组成及功能说明 /System Construction & Function Description

2.1 系统介绍

可实现功能：

（1）在图像识别模式下，可以对可回收垃圾进行二次分类回收利用，可识别塑料、金属、玻璃、硬纸板、废纸并进行分类；
（2）在语音识别模式下，可以直接对一些生活中常见垃圾进行可回收垃、厨余垃分类圾、其他垃圾、有害垃圾四种分类，投入相应垃圾桶内。
目前，两个功能均已实现且可以随意切换使用，各模块之间依功能连接。

传感器采集得到的数据经过处理之后发送给显示器模块，在串口屏显示终端显示垃圾桶内垃圾含量、系统安全性以及传感器实时监控环境数据。

两种垃圾识别模式：语音识别模式和图像识别模式（1）使用图像识别，可以对可回收垃圾进行二次识别；（2）使用语音识别模式，可以直接对一些生活中常见垃圾进行可回收垃、厨余垃圾、其他垃圾、有害垃圾四种识别。

将传感器检测一氧化碳、火焰传感器、红外温度的数据经过分析过后作是否开启的 警提示信 。

系统还可以根据垃圾桶内垃圾的含量、是否出现火焰、存在有害气体等，通过短信发送给管理员进行及时处理。

摄像头部分

在摄像头采集模块中，我们将 python 内部 opencv 模块的图像处理函数加载至摄像头端，当摄像头采集视频流时可在显示屏实时观看所采集到的视频流。摄像头采集效果如下所示：

语音识别模块

我们可以很简便的配置语音命令，实现语音识别功能。首先需要通过软件设置词条，后将词条烧录至模块中。其次，利用 UART 通信协议发送启动指令驱动语音识别模块，当使用者对模块说话时，模块对说出的话进行识别并且与烧录进去的词条进行对比，若两者一致，则会向开发板发送信 ，信 经过处理后控制震动和语音播 的开关。

舵机驱动模块

本系统设计中所使用的数字电机为如图所示。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信 的频率，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信 ，它就驱动步进电机按设定的方向转动一定的角度，它的旋转的角度可以通过控制脉冲的占空比进行改变调整。位置控制是通过发脉冲来控制的,位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度。一个周期是 20MS，一个周期的高脉冲范围在 0 到 2.5MS 其对应的舵机转动角度范围是 0 到 270 度。只要设定相应转动角度对应的计数值，则可以实现相应的角度旋转。其 RTL 如图 3.所示：

MCU90615 红外测温模块

此 MCU90615 模块通过发送对应的 AT 指令集设置读取数的时间和波特率

命令指令：

连续输出指令：

0xA5+0x45+0xEA—————-温度数据（模块返回数据类型为 0x45）

查询输出指令：

0xA5+0x15+0xBA —————温度数据（模块返回数据类型为 0x45）

配置指令：(掉电重启后生效)

波特率配置：

0xA5+0xAE+0x53 —————9600

0xA5+0xAF+0x54 —————115200（默认）

上电是否自动发送温度数据配置：

0xA5+0x51+0xF6—————上电后自动输出温度数据

0xA5+0x52+0xF7—————上电后不自动输出温度数据(默认)

0xA5+0xAF+0x54 —————115200（默认）

通过状态机截取对应位数据输出，将数据发送给串口屏，从而完成显示，RTL 图

超声波测距模块

该模块我们通过超声波传感器实时的检测垃圾桶内垃圾含量，进行实时数据监测和满桶警 当垃圾桶即将装满时会及时发送短信至垃圾管理员。可以实时在串口屏上显示垃圾桶内垃圾含量，并且当垃圾桶内可用高度小于 5cm 时认定垃圾桶即将装满时会及时并自动发送短信至垃圾管理员。RTL 图如图