【单片机毕业设计】基于 STM32 的环境感知型智能垃圾分类桶设计基于 STM32 的语音指令式垃圾桶控制系统设计（013109）

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原创最新推荐文章于 2026-11-10 16:37:35 发布 262 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

情系淮思：五款车规MCU横向对比与VCU选型本文对比五款车规MCU中的S32K312与S32K324，聚焦核心架构、存储、通信及安全特性。S32K324为双核160MHz Cortex-M7，内存、外设（如以太网、QuadSPI、SAI）全面升级，支持高实时并行处理与复杂应用；而S32K312为单核120MHz，适用于中端车身控制。两者均满足ASIL B功能安全，具备完整安全引擎。选型建议：中端用S32K312，高端复杂系统优选S32K324。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
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基于 STM32 的带满溢与烟雾检测智能垃圾桶设计
基于 STM32 的语音唤醒垃圾分类装置开发
基于 STM32 的多分区自动开盖智能垃圾桶设计
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基于 STM32 的语音指令式垃圾桶控制系统设计
基于 STM32 的红外满溢检测智能垃圾分类系统设计
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基于 STM32 的烟雾报警智能垃圾桶硬件系统设计
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基于 STM32 的自动开盖智能垃圾分类控制系统设计
基于 STM32 的语音识别环境监测一体化垃圾桶设计
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基于 STM32 的语音交互垃圾识别装置设计与实现
基于 STM32 的红外传感智能垃圾分类桶开发
基于 STM32 的多传感器融合智能垃圾桶设计与实现

项目研究背景

随着国内垃圾分类政策持续推进，居民日常垃圾分类投放需求不断提升，传统垃圾桶仅具备简单收纳功能，缺少引导分类、自动开盖与状态监测能力，依赖人工判断垃圾类别，分类投放错误率较高。市面上部分智能垃圾桶产品功能单一，大多仅支持简单自动开盖，缺少语音交互分类指引、桶内满溢检测以及环境安全监测功能，无法对投放垃圾类别进行识别，也不能实时感知桶体满载状态，存在垃圾溢出、火灾隐患等问题。物联网与嵌入式技术的成熟，为低成本、轻量化智能垃圾桶开发提供技术支撑。嵌入式单片机可结合语音识别、红外传感、气体检测模块完成多维度信息采集与控制输出，能够将语音交互、传感监测与机械控制相结合。本课题依托 STM32 单片机搭建硬件控制系统，集成语音识别、红外满溢检测、烟雾监测等模块，设计多仓智能垃圾分类桶，实现语音唤醒分类识别、自动开盖、满溢限制与烟雾报警功能，弥补传统垃圾桶智能化不足的短板，为家庭、社区小型垃圾分类场景提供低成本、易部署的硬件解决方案，具备实际应用价值。

摘要

本课题设计一款基于 STM32 单片机的语音识别智能垃圾分类桶控制系统，系统集成 LU-ASR01 语音识别模块、红外检测模块、MQ-2 烟雾传感器、SG90 舵机与 OLED 显示屏。系统支持语音唤醒功能，用户唤醒设备后，可口述垃圾类别或垃圾名称完成分类识别，识别成功后驱动对应仓室舵机自动开盖；红外模块实时检测桶内满溢状态，桶满时锁定自动开盖功能，仅保留手动按键开盖；MQ-2 传感器实时监测环境烟雾浓度，检测到烟雾时触发蜂鸣器报警；OLED 屏幕实时展示四个垃圾桶仓的开盖状态。本文完成硬件电路搭建、底层驱动程序编写与系统联合调试。测试结果表明，系统能够稳定实现语音垃圾分类识别、桶满检测、烟雾报警、自动 / 手动开盖等功能，装置成本较低，操作简单，可适用于家庭、小型室内场景的垃圾分类投放，具备较好的实用价值。

总体方案

STM32F103C8T6 单片机：为本系统主控核心硬件，负责采集各类传感器信号、解析语音识别模块传输的数据、控制舵机、蜂鸣器与屏幕输出。该单片机资源充足，外设接口丰富，开发资料完善，适配本科嵌入式开发，承担整体系统的数据处理与逻辑调度任务。
LU-ASR01 语音识别模块：负责接收用户语音指令，完成语音唤醒、关键词识别，将识别结果通过串口发送至主控单片机，选型理由为该模块内置语音算法，无需复杂模型训练，降低开发难度，用于采集用户语音分类指令。
SG90 微型舵机：作为机械执行机构，共有 4 个舵机分别控制 4 个垃圾桶仓门，接收单片机 PWM 信号完成开盖、关盖动作，舵机体积小、响应快，适合小型模型垃圾桶的仓门驱动。
红外检测模块：4 组红外对射传感器，分别安装在 4 个垃圾桶仓内部，用于检测桶内垃圾满溢情况，将检测电平信号传输给单片机，判断仓体是否满载，满载时禁止自动开盖。
MQ-2 烟雾传感器：采集环境中的可燃气体与烟雾浓度，输出模拟信号至单片机，用于监测垃圾桶周边火情隐患，当浓度超过阈值，触发蜂鸣器报警。
OLED 液晶显示屏：I2C 接口屏幕，接收单片机指令，实时展示 4 个垃圾桶仓的开盖状态，为用户提供可视化状态展示。
蜂鸣器：作为声光报警器件，接收单片机 IO 控制信号，烟雾超标时发出警报提示。
独立按键：4 个物理按键，用于手动控制 4 个垃圾桶仓开盖，作为自动开盖失效或桶满状态下的备用操作入口。
计算机设备：搭载 Windows 系统电脑，使用 USB 下载器完成单片机程序编译、下载与在线调试，作为上位开发调试硬件。

核心功能

主控数据处理功能：由 STM32 单片机统一完成所有外设数据接收、逻辑判断与控制指令下发，采集传感器数据、解析串口语音信息，协调屏幕、舵机、报警器件协同工作，作为整个智能垃圾桶的控制核心，保障各个模块有序联动。
OLED 状态显示功能：实时读取 4 个垃圾桶仓门状态，在 OLED 屏幕可视化展示每个仓室当前开盖或者关闭状态，方便用户直观查看垃圾桶状态，为用户提供状态反馈。
舵机仓门控制功能：接收单片机控制指令，驱动 4 路 SG90 舵机，分别控制 4 个分类垃圾桶仓门；当识别到对应垃圾类别指令，舵机转动打开对应仓门，延时后自动关闭仓门，完成自动投放动作。
烟雾检测与报警功能：MQ-2 传感器持续采集环境烟雾浓度，单片机读取传感器数值，当检测浓度超过预设阈值，控制蜂鸣器持续鸣叫报警，提醒用户环境存在火情风险，实现安全监测。
语音唤醒与分类识别功能：支持 “智能垃圾桶” 唤醒词唤醒系统，唤醒成功设备回复语音 “我在”；用户可以直接口述垃圾类别，包括有害垃圾、厨余垃圾、可回收物、其他垃圾，识别成功打开对应垃圾桶仓；同时支持直接口述垃圾名称识别分类，内置垃圾词库，识别完成后播报对应垃圾类别，完成投放引导。
垃圾名称分类识别功能：内置垃圾名称词库，用户直接说出垃圾名称，系统匹配词库完成类别判定，如剩菜剩饭、电池、砖瓦陶瓷、纸盒等常见垃圾，识别成功播报分类结果并开启对应仓门，降低用户分类学习成本。
红外满溢检测功能：红外模块实时监测每个垃圾桶仓内垃圾高度，当检测到仓体已满，单片机锁定该仓自动开盖权限，语音指令无法打开仓门，避免垃圾溢出污染环境。
按键手动开盖功能：设置独立物理按键，作为备用操作功能，无论桶仓是否满载，按下对应按键均可手动打开垃圾桶仓门，用于桶满状态或者语音识别异常场景下应急投放垃圾。

技术路线

C 语言：作为单片机底层开发编程语言，编写传感器采集、串口通信、舵机 PWM 控制、按键扫描、屏幕显示、逻辑判断程序，实现硬件外设驱动与业务控制逻辑，是嵌入式开发主流编程语言。
Keil MDK 开发工具：用于 STM32 单片机程序编写、编译与调试，完成工程创建、代码编译，支持程序下载至开发板，是嵌入式单片机开发常用 IDE。
STM32CubeMX 工具：用于快速配置单片机引脚、外设、时钟资源，自动生成底层初始化代码，简化硬件初始化开发工作，减少底层配置工作量。
ALIENTO USB 串口下载器：实现电脑与单片机之间程序下载和串口调试，用于程序烧录，同时可以打印调试信息，方便开发阶段定位代码问题。
LU-ASR01 配套上位机软件：用于录入、配置语音唤醒词、分类关键词与垃圾名称词库，对语音识别词条进行训练，配置模块串口通信参数。
Multisim 仿真软件：前期进行硬件电路仿真，验证传感器、单片机外围电路逻辑，提前排查电路设计缺陷。
万用表、示波器：硬件实物调试工具，测量电路电压、电平信号，排查接线故障，辅助硬件联调。
串口调试助手：电脑端串口工具，查看单片机上传的数据，观测语音识别模块返回的识别结果，用于系统调试与功能验证。
硬件焊接工具：完成传感器、单片机模块之间电路焊接，搭建实物硬件平台，完成系统实物制作。
测试工具：使用实物垃圾模拟投放场景，完成系统功能测试，验证语音识别准确率、满溢检测、报警、开盖等功能稳定性。

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。