【单片机毕业设计】基于 STM32 的 LU‑ASR01 语音垃圾分类控制系统设计基于 STM32 的多传感器融合智能垃圾桶设计与实现（013107）

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原创最新推荐文章于 2026-11-08 23:48:05 发布 10 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

NV MCU与SoC的交互 MCU通过IST_REQ信号触发SoC执行IST，由IST_DONE_N通知完成，SOC_RESET_N由MCU控制。MCU与SoC间通过通信通道（如以太网）传输IST结果。热/电压监测通过I2C实现，阈值由MCU初始设置、SoC动态更新，异常可中止IST。客户应用可在检测严重错误时通过IST管理器中止IST，相关原因与状态将被记录。阅读详情

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基于 STM32 的语音识别智能垃圾分类桶设计与实现
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基于 STM32 的满溢检测与安全防护智能垃圾桶设计
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基于 STM32 的语音指令垃圾分类识别装置设计与实现
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基于 STM32 的红外满溢检测智能分类垃圾桶设计
基于 STM32 的 LU‑ASR01 语音垃圾分类控制系统设计
基于 STM32 的多传感器融合智能垃圾桶设计与实现
基于 STM32 的语音识别与按键控制垃圾分类装置开发
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基于 STM32 的安全监测语音智能垃圾分类设备设计
基于 STM32 的语音语义识别垃圾分类硬件系统开发
基于 STM32 的满溢约束开盖智能垃圾桶设计与实现
基于 STM32 的环境安全感知智能垃圾分类装置设计
基于 STM32 的语音交互垃圾分类硬件控制系统开发
基于 STM32 的多传感信息采集智能垃圾桶原型设计
基于 STM32 的人机交互智能垃圾分类监测装置设计

项目研究背景

随着国内城市生活垃圾分类政策持续落地，公共区域垃圾分类投放设备的需求持续增长，传统垃圾桶大多只具备简单收纳功能，智能化程度较低，难以引导民众正确完成垃圾分类投放。市面上部分智能垃圾桶仅支持手动感应开盖，缺少语音交互分类引导、桶内状态监测以及消防安全检测能力，用户需要自行记忆垃圾类别，分类投放出错率较高，同时垃圾桶内部容易出现垃圾满溢未及时处理、桶内引燃起火等安全隐患。现有方案普遍存在功能单一，感知维度不足，人机交互方式简单的问题，无法兼顾分类引导、桶体状态监测、安全预警多重需求。物联网与嵌入式技术的不断成熟，为传统垃圾桶智能化改造提供了可行的技术路径，借助单片机、语音识别模块以及多种环境传感器，能够搭建低成本的智能垃圾分类硬件原型。本课题面向公共生活垃圾分类投放场景，设计集语音识别分类、满溢检测、火灾烟雾报警于一体的智能垃圾桶控制系统，解决传统设备交互不便、状态感知缺失、安全防护薄弱的现实问题，具备一定实际应用价值。

摘要

本文设计一款基于 STM32 的语音识别智能垃圾分类控制系统，以 STM32F103C8T6 单片机作为核心处理单元，集成 LU‑ASR01 语音识别模块、MQ‑2 烟雾传感器、火焰传感器、红外满溢检测模块、SG90 舵机以及 OLED 显示模块。系统支持语音唤醒，用户可通过语音下达垃圾类别指令或者直接说出垃圾名称实现自动分类开盖，OLED 屏幕实时展示四个垃圾桶开盖状态；红外模块检测垃圾桶满溢状态，满溢时禁止自动开盖，仅保留手动按键开盖功能；烟雾、火焰传感器完成环境安全监测，出现险情时触发蜂鸣器报警。测试结果表明，该系统可以完成语音识别分类、桶体状态监测、安全报警等功能，原型结构简单，成本可控，适合作为垃圾分类场景的嵌入式智能设备方案。

总体方案

STM32F103C8T6 单片机：作为整个控制系统的核心主控硬件，负责接收各个传感器采集信号、解析语音识别模块输出指令、执行逻辑判断，输出控制信号驱动舵机、蜂鸣器、OLED 外设。选型理由为该芯片资源充足，外设接口丰富，开发资料多，适合本科嵌入式开发，使用场景为整个智能垃圾桶的逻辑运算与调度。
LU‑ASR01 语音识别模块：用于语音唤醒、语音指令识别，识别用户说出的垃圾类别与垃圾名称，向主控传输识别结果。选型理由为模块自带离线语音识别，不需要联网，开发简单，适配硬件原型开发。
SG90 舵机 4 个：分别对应四类垃圾桶模型，接收主控信号完成桶盖开启与闭合动作。选型理由为体积小、扭矩满足垃圾桶模型开盖需求，控制逻辑简单。
OLED 液晶显示屏：实时显示 4 个垃圾桶的开盖状态信息，给用户提供可视化状态反馈。选型理由为功耗低，接线简单，适合嵌入式状态显示。
MQ‑2 烟雾传感器：采集垃圾桶周边烟雾浓度信号，将模拟信号传输至单片机，用于火灾烟雾检测。选型理由为对烟雾气体灵敏度高，成本低廉，广泛用于硬件安全检测原型。
火焰传感器：采集环境红外火焰信号，检测是否存在明火，将检测信号反馈给主控。选型理由为响应速度快，能够快速识别明火信号。
红外检测模块 4 个：分别安装在 4 个垃圾桶内部，检测垃圾堆积满溢状态，反馈满溢信号给单片机。选型理由为非接触式检测，安装便捷，适合桶内垃圾高度检测。
蜂鸣器：收到主控指令后执行报警输出，在检测到烟雾、火焰时发出警报。选型理由驱动简单，能够实现声音告警。
独立按键 4 个：实现四类垃圾桶手动开盖操作，作为自动开盖失效时的备用操作入口。
硬件整体架构逻辑：主控单片机连接全部传感器、语音模块、显示、执行器件；各类传感器持续采集环境与桶内状态数据，语音模块接收用户语音输入；单片机完成逻辑判断后，驱动舵机、蜂鸣器、OLED 做出对应响应，按键信号直接接入主控实现手动干预。

核心功能

基础功能

OLED 状态显示功能

实现效果：OLED 屏幕实时刷新展示 4 类垃圾桶当前开盖状态。

操作逻辑：系统上电后持续运行，单片机将舵机工作状态解析后输出至屏幕。

用户使用场景：投放垃圾时，用户可以直观查看各个桶盖开闭情况。

核心作用：提供可视化反馈，让用户掌握设备运行状态。

实现目标：实时准确展示垃圾桶开盖信息。
按键手动开盖功能

实现效果：按下对应按键，直接打开对应垃圾桶桶盖。

操作逻辑：无论垃圾桶是否满溢，按键都可以触发开盖动作。

用户使用场景：语音识别失效、垃圾桶满溢禁止自动开盖时，用户手动投放垃圾。

核心作用：作为自动模式的备用操作，保障投放功能可用。

实现目标：四类垃圾桶均可独立按键手动开启。

核心功能

离线语音识别垃圾分类功能

实现效果：使用 “智能垃圾桶” 完成唤醒，设备回复 “我在”；用户说出垃圾类别或者垃圾名称，识别成功自动打开对应垃圾桶。

操作逻辑：设备待机监听唤醒词，唤醒成功后进入指令识别状态，匹配内置垃圾词库，输出对应控制信号。

用户使用场景：用户不知道垃圾类别可以直接说出垃圾名称，系统自动匹配分类并开盖。

核心作用：实现语音交互垃圾分类引导，降低用户分类记忆负担。

实现目标：完成唤醒识别、类别指令识别、垃圾名称语义分类，识别成功执行开盖。
红外满溢检测与开盖约束功能

实现效果：红外传感器检测桶内垃圾高度，垃圾桶满溢时禁止语音自动开盖。

操作逻辑：单片机读取红外模块满溢信号，桶满状态下屏蔽语音自动开盖逻辑，保留按键手动开盖权限。

用户使用场景：垃圾桶已经装满，避免重复投放，提示需要清理垃圾桶。

核心作用：防止垃圾桶溢出，实现桶容量状态管控。

实现目标：桶未满允许语音自动开盖，桶满仅支持手动按键开盖。

辅助功能

烟雾监测报警功能

实现效果：MQ‑2 传感器检测到烟雾，触发蜂鸣器报警。

操作逻辑：单片机读取 MQ‑2 传感器浓度值，超过阈值则驱动蜂鸣器持续鸣响。

用户使用场景：垃圾桶内部出现阴燃产生烟雾，及时发出安全告警。

核心作用：实现烟雾险情预警。

实现目标：检测到烟雾后快速声音报警。
火焰检测报警功能

实现效果：火焰传感器识别明火，蜂鸣器启动报警。

操作逻辑：火焰传感器采集明火信号，单片机判定存在火焰，启动蜂鸣器。

用户使用场景：有明火靠近或者丢入垃圾桶，及时告警规避火灾风险。

核心作用：防范垃圾桶起火事故。

实现目标：识别火焰信号后完成声音告警。

技术路线

C 语言：课题主要编程语言，用于 STM32 单片机程序开发，编写传感器读取、语音指令解析、舵机驱动、外设控制业务逻辑，实现全部硬件业务功能。
STM32CubeMX：图形化配置工具，完成单片机引脚配置、时钟配置，生成工程初始化代码，简化底层硬件初始化开发工作。
Keil MDK‑ARM：嵌入式编译开发工具，用于编写、编译、调试单片机 C 程序，下载固件到 STM32 主控芯片。
LU‑ASR01 配套上位机工具：用于离线语音模块词条配置，录入唤醒词、垃圾类别、垃圾名称词库，训练语音识别词条。
串口调试助手：调试工具，通过串口打印输出运行日志，查看传感器数值、语音识别返回结果，排查程序逻辑问题。
Altium Designer：辅助设计软件，可用于硬件电路原理图绘制，完成系统硬件电路设计。
硬件仿真工具：用于前期简单逻辑仿真，验证传感器、外设基础控制逻辑，降低实物调试难度。
硬件实物平台：STM32F103C8T6 开发板、各类传感器、舵机、OLED、按键等实物硬件，用于系统功能集成与实物测试验证。
逻辑调试手段：通过实物硬件上电，模拟语音指令、模拟满溢、烟雾火焰场景，完成全部功能的整机测试。

项目演示

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关于我们

博主本身从事开发软件开发、有丰富的编程能力和水平、累积给上千名同学进行辅导、有自己的独立工作室，目前只专注做自己专业领域的事。团队人员有多年架构师设计经验、多人有参加校企合作经验，被多个学校常年聘为校外企业导师，指导学生毕业设计并参与学生毕业答辩指导，有较为丰富的相关经验。期待与各位高校教师、企业讲师以及同行交流合作。