芯耀
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大俠好，歡迎來(lái)到FPGA技術(shù)江湖，江湖偌大，相見(jiàn)即是緣分。大俠可以關(guān)注FPGA技術(shù)江湖，在“闖蕩江湖”、"行俠仗義"欄里獲取其他感興趣的資源，或者一起煮酒言歡。“煮酒言歡”進(jìn)入IC技術(shù)圈，這里有近100個(gè)IC技術(shù)公眾號(hào)。
第一部分 設(shè)計(jì)概述
1.1 設(shè)計(jì)目的
隨著現(xiàn)代社會(huì)的高速發(fā)展，其帶來(lái)的環(huán)境壓力也越來(lái)越大，對(duì)于日益劇增的垃圾產(chǎn)量已經(jīng)成為世界關(guān)注的焦點(diǎn)。垃圾分類(lèi)成為制約我國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，也是造成環(huán)境污染、資源再利用困難的根源之一，所以推進(jìn)垃圾分類(lèi)刻不容緩。然而垃圾分類(lèi)總是 “屢試屢敗”工作推進(jìn)難度巨大，“垃圾分類(lèi)難”也同樣困擾著大眾，為了緩解垃圾分類(lèi)的問(wèn)題，減輕社會(huì)和居民的壓力，如果可以實(shí)現(xiàn)可回收垃圾二次分類(lèi)，對(duì)生活垃圾自主分類(lèi)就顯得尤為重要。于此，我們決定設(shè)計(jì)這樣一個(gè)作品—智能識(shí)別自動(dòng)投遞分類(lèi)垃圾箱，方便垃圾回收和利用。
本作品是基于賽靈思公司的 pynq 開(kāi)發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)，同時(shí)結(jié)合了機(jī)械控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等知識(shí)，擁有可以自主識(shí)別垃圾并分類(lèi)的功能，以 FPGA 作為核心處理器最大程度的實(shí)現(xiàn)了垃圾識(shí)別與分類(lèi)。該智能垃圾桶將人工分類(lèi)垃圾轉(zhuǎn)為智能化，大大節(jié)省了人力、物力，降低垃圾分類(lèi)的煩惱，具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的利用價(jià)值和非常巨大的市場(chǎng)前景。該作品有兩種操作模式，可在圖像識(shí)別和語(yǔ)音識(shí)別兩種模式之間自由切換。
1.2 應(yīng)用領(lǐng)域
本作品應(yīng)用前景廣泛，智能識(shí)別自動(dòng)分類(lèi)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)用攝像頭取代了人類(lèi)的眼睛，人工智能取代了大腦，電機(jī)取代了雙手。實(shí)用性強(qiáng)且可使用范圍廣，既推動(dòng)我國(guó)環(huán)保事業(yè)，又減輕社會(huì)對(duì)垃圾處理的壓力，節(jié)約資源降低處理垃圾資金投入。
1.3 適用范圍
有效減少環(huán)境污染，提高資源的再利用，可以適用于生活中的方方面面。例如，在家庭中使用，解決居民垃圾分類(lèi)的煩惱，或是運(yùn)用各大商場(chǎng)或人流量密集的地方，可以大大緩解垃圾分類(lèi)的問(wèn)題，減輕社會(huì)環(huán)境壓力。此外，本作品可適用于可回收垃圾的二次分類(lèi)，即加大資源的回收利用，有著促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有一定的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
第二部分 系統(tǒng)組成及功能說(shuō)明
2.1 系統(tǒng)介紹
本系統(tǒng)主要由 Xilinx Zynq-7000 系列的 PYNQ-Z2 開(kāi)發(fā)板作為主控中心，主要包含：攝像頭采集模塊、圖像處理模塊、實(shí)時(shí)顯示模塊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊、信息提醒 發(fā)送模塊、驅(qū)動(dòng)控制模塊組成。總體結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示。
流程圖講解：主控 PYNQ 開(kāi)發(fā)板主要為提供神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的加速識(shí)別，搭載 USB 的網(wǎng)絡(luò)攝像頭進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和功能參數(shù)的顯示，同時(shí)在這個(gè) ARM+FPGA 平臺(tái)，為了最大化主控板優(yōu)勢(shì)，我們針對(duì)軟件算法進(jìn)行了相應(yīng)的硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行提速，解決了在有限的資源內(nèi)實(shí)現(xiàn)了資源 利用和效率的最大化，同時(shí)在 PYNQ 端，為了保證產(chǎn)品的功能完整性，設(shè)計(jì)了兩種識(shí)別 模式，圖像識(shí)別模式和語(yǔ)音識(shí)別模式。
待識(shí)別完成后，我們將通過(guò)設(shè)置的通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，使得輔助開(kāi)發(fā)板可以進(jìn)行自動(dòng)投遞。輔助開(kāi)發(fā)板主要對(duì)各種傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理、控制設(shè)備的驅(qū)動(dòng)、以及串口通信，實(shí)現(xiàn)不同開(kāi)發(fā)板之間信息傳輸。
接收所識(shí)別垃圾的信息，控制數(shù)字舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，將垃圾投入相應(yīng)垃圾桶內(nèi)。通過(guò) FPGA 開(kāi)發(fā)板將溫度傳感器測(cè)得的垃圾桶內(nèi)溫度值、超聲波測(cè)得的桶內(nèi)垃圾含量、是否存在有害氣體、是否檢測(cè)到火焰等數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理發(fā)送給顯示模塊，最終在顯示終端顯示攝像頭采集得到的照片、垃圾桶內(nèi)溫度、桶內(nèi)垃圾含量、系統(tǒng)目前狀態(tài)等數(shù)據(jù)。
當(dāng)檢測(cè)到火焰，有害氣體以及滿(mǎn)桶警告時(shí)，將通過(guò)短信模塊給管理員發(fā)送短信提醒。垃圾桶內(nèi)部空間大，外部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，設(shè)置安全提示和自我保護(hù)功能，超聲波和紅外傳感器實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)桶內(nèi)環(huán)境，遇到特殊情況，系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)送信息至管理員進(jìn)行相應(yīng)的處理。
2.2 FPGA 開(kāi)發(fā)板
本系統(tǒng)主要由 Xilinx Zynq-7000 系列的 PYNQ-Z2 開(kāi)發(fā)板作為主控中心，如圖2.2.1 所示。其主芯片為 XC7Z020CLG400-1,該芯片是 FPGA+ARM 架構(gòu)且可用 python 開(kāi)發(fā)，同時(shí)提供了豐富的 python API 和完善的硬件設(shè)計(jì)流程，能實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的邏輯設(shè)計(jì)，13300 個(gè)邏輯 Slices，高達(dá) 650MHZ 的工作頻率，630K 的快速 Block RAM，220 個(gè) DSP 切片，資 源十分豐富。同時(shí)使用 Spartan6 核心開(kāi)發(fā)板作為輔助顯示控制中心，如圖 2.3 所示。
2.3 各模塊介紹
2.3.1 數(shù)字電機(jī)模塊
數(shù)字電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1549138.html">開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率，而不受負(fù)載變化的影響， 當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，它的旋轉(zhuǎn)的角度可以通過(guò)控制脈沖的占空比進(jìn)行改變調(diào)整。
如圖 2.3.1 所示， 這是數(shù)字電機(jī)模塊圖。DS3225 數(shù)字舵機(jī)是電路板（微小控制）、防水防燒(有硅膠圈)、金屬齒輪(不 容易掃齒）、支持高電壓(6v~7.4v 可以直接 2s 鋰電供電）、中間金屬（散熱效果很好）
本系統(tǒng)利用數(shù)字電機(jī)控制垃圾桶的底部旋轉(zhuǎn)和識(shí)別云臺(tái)翻轉(zhuǎn)。
2.3.2 GY-MCU90615 模塊
GY-MCU90615 是一款低成本紅外溫度模塊。工作電壓 3-5v 功耗小，體積小。其 工作原理，是通過(guò) FPGA 讀取紅外溫度度數(shù)據(jù)，串口（TTL 電平） 通信方式輸出。串 口的波特率有 9600bps 與 115200bps 有連續(xù)輸出與詢(xún)問(wèn)輸出兩種方式，可適應(yīng)不同 的工作環(huán)境產(chǎn)品應(yīng)用：人體測(cè)溫、發(fā)熱物體表面溫度檢測(cè)、非接觸溫度檢測(cè)。
①.Byte0: 0x5A 幀頭標(biāo)志②.Byte1: 0x5A 幀頭標(biāo)志③.Byte2: 0X45 本幀數(shù)據(jù)類(lèi)型（0X45：溫度數(shù)據(jù)）④.Byte3: 0x04 數(shù)據(jù)量（以下 4 個(gè)數(shù)據(jù) 2 組為例）⑤.Byte4: 0x00~0xFF 數(shù)據(jù) 1 高 8 位⑥.Byte5: 0x00~0xFF 數(shù)據(jù) 1 低 8 位⑦.Byte6: 0x00~0xFF 數(shù)據(jù) 2 高 8 位⑧.Byte7: 0x00~0xFF 數(shù)據(jù) 2 低 8 位⑨.Byte8: 0x00~0xFF 校驗(yàn)和（前面數(shù)據(jù)累加和，僅留低 8 位）
2.3.3 GSM 模塊
本模塊設(shè)計(jì) UART 通信協(xié)議與 SIM800A 通信，用于收發(fā)短信和存儲(chǔ)短信內(nèi)容。
SIM800A 模塊簡(jiǎn)介SIM800A 模塊通過(guò)發(fā)送和接受?chē)?guó)際電信聯(lián)盟規(guī)定的 AT 指令集來(lái)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)接收，本系統(tǒng)用到的 AT 指令集有：
UART 協(xié)議簡(jiǎn)述：通用異步收發(fā)傳輸器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常稱(chēng)作 UART，是一種異步收發(fā)傳輸器。將數(shù)據(jù)由串行通信與并行通信間作傳輸轉(zhuǎn)換，作為并行輸入成為串行輸出的芯片 UART 是一種通用串行數(shù)據(jù)總線，用于異步通信。該總線雙向通信，可以實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸和接收。UART 作為異步串口通信協(xié)議的一種，工作原理是將傳輸數(shù)據(jù)的每個(gè)字符一位接一 位地傳輸。其中每一位(Bit)的意義如下：起始位：先發(fā)出一個(gè)邏輯“0”的信號(hào)，表示傳輸字符的開(kāi)始。數(shù)據(jù)位：緊接著起始位之后。數(shù)據(jù)位的個(gè)數(shù)可以是 4、5、6、7、8 等，構(gòu)成一個(gè) 字符。通常采用 ASCII 碼。從最低位開(kāi)始傳送，靠時(shí)鐘定位。奇偶校驗(yàn)位：數(shù)據(jù)位加上這一位后，使得“1”的位數(shù)應(yīng)為偶數(shù)(偶校驗(yàn))或奇數(shù)(奇 校驗(yàn))，以此來(lái)校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送的正確性。停止位：它是一個(gè)字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志?？梢允?1 位、1.5 位、2 位的高電平。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時(shí)的，并且每一個(gè)設(shè)備有其自己的時(shí)鐘，很可能在通信中兩臺(tái)設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計(jì)算機(jī)校正時(shí)鐘同步的機(jī)會(huì)。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時(shí)鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時(shí)也越慢?？臻e位：處于邏輯“1”狀態(tài)，表示當(dāng)前線路上沒(méi)有數(shù)據(jù)傳送。UART 協(xié)議傳輸時(shí)序如圖 2.3.4 所示：
發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程：空閑狀態(tài)，線路處于高電位；當(dāng)收到發(fā)送數(shù)據(jù)指令后，拉低線路一個(gè)數(shù)據(jù)位的時(shí)間 T，接著數(shù)據(jù)按低位到高位依次發(fā)送，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，接著發(fā)送奇偶校驗(yàn)位和停止位（停止位為高電位），一幀數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束。
接收數(shù)據(jù)過(guò)程：空閑狀態(tài)，線路處于高電位；當(dāng)檢測(cè)到線路的下降沿（線路電位由高電位變?yōu)榈碗娢唬r(shí)說(shuō)明線路有數(shù)據(jù)傳輸，按照約定的波特率從低位到高位接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接收完畢后，接著接收并比較奇偶校驗(yàn)位是否正確，如果正確則通知后續(xù) 設(shè)備準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)或存入緩存。由于 UART 是異步傳輸，沒(méi)有傳輸同步時(shí)鐘。為了能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，UART 采用 16 倍數(shù)據(jù)波特率的時(shí)鐘進(jìn)行采樣。
每個(gè)數(shù)據(jù)有 16 個(gè)時(shí)鐘采樣，取中間的采樣值， 以保證采樣不會(huì)滑碼或誤碼。一般 UART 一幀的數(shù)據(jù)位數(shù)為 8，這樣即使每個(gè)數(shù)據(jù)有一個(gè)時(shí)鐘的誤差，接收端也能正確地采樣到數(shù)據(jù)。
UART 的接收數(shù)據(jù)時(shí)序?yàn)椋寒?dāng)檢測(cè)到數(shù)據(jù)的下降沿時(shí)，表明線路上有數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸， 這時(shí)計(jì)數(shù)器 CNT 開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器為 24=16+8 時(shí)，采樣的值為第 0 位數(shù)據(jù)；當(dāng)計(jì)數(shù)器的值為 40 時(shí)，采樣的值為第 1 位數(shù)據(jù)，依此類(lèi)推，進(jìn)行后面 6 個(gè)數(shù)據(jù)的采樣。如果需要進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，則當(dāng)計(jì)數(shù)器的值為 152 時(shí)，采樣的值即為奇偶位；當(dāng)計(jì)數(shù)器的值為 168 時(shí)，采樣的值為"1"表示停止位，一幀數(shù)據(jù)接收完成。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 10 位異步串行通信協(xié)議(包含 1 個(gè)起始位、1 個(gè)停止位和 8 個(gè)數(shù)據(jù)位) 收發(fā)時(shí)序，如圖 2.2.5 所示：
波特率發(fā)生器：波特率是衡量數(shù)據(jù)傳輸速率的指標(biāo)，表示每秒傳送數(shù)據(jù)的字符數(shù)， 單位為 Baud。UART 的接收和發(fā)送是按照相同的波特率進(jìn)行收發(fā)的。波特率發(fā)生器產(chǎn)生 的時(shí)鐘頻率不是波特率時(shí)鐘頻率，而是波特率時(shí)鐘頻率的 16 倍，目的是為在接收時(shí)進(jìn) 行精確地采樣，以提取出異步的串行數(shù)據(jù)。根據(jù)給定的晶振時(shí)鐘和要求的波特率，可以算出波特率分頻計(jì)數(shù)值。
2.3.4 一氧化碳傳感器
我們采用的 MQ-7 一氧化碳傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。采用高低溫循環(huán)檢測(cè)方式，低溫（1.5V 加熱）檢測(cè)一氧化碳，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中一氧化碳?xì)怏w濃度增加而增大，高溫（5.0V 加熱）清洗低溫時(shí)吸附的雜散氣體。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化，轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng) 的輸出信號(hào)。傳感器對(duì)一氧化碳的靈敏度高，這種傳感器可檢測(cè)多種含一氧化碳的氣 體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。
特點(diǎn)：1、具有信號(hào)輸出指示。
2、雙路信號(hào)輸出（模擬量輸出及 TTL 電平輸出）
3、TTL 輸出有效信號(hào)為低電平。（當(dāng)輸出低電平時(shí)信號(hào)燈亮）
4、模擬量輸出 0~5V 電壓，濃度越高電壓越高。
5、對(duì)一氧化碳具有很高的靈敏度和良好的選擇性。
6、具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性通過(guò)傳感器回傳的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析，對(duì)一氧化碳有毒氣體進(jìn)行檢，適應(yīng)多種環(huán)境下的氣體檢測(cè)。
2.3.5 超聲波模塊
模塊工作原理:1、采用 IO 觸發(fā)測(cè)距，給至少 10us 的高電平信號(hào);(發(fā)送周期不小于 60ms)2、模塊自動(dòng)發(fā)送 8 個(gè) 40khz 的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；3、有信號(hào)返回，通過(guò) IO 輸出一高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā) 射 到返回的時(shí)間；4、測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2;超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而采用超聲波 模塊進(jìn)行距離的測(cè)量。
HC-SR04 是一款性能穩(wěn)定的超聲波傳感器，用于距離的測(cè) 量。該模塊發(fā)出超聲波時(shí)，并不是直線發(fā)出，而是以扇形的形式發(fā)出。具體使用時(shí)， 左右兩邊的障礙物也會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。超聲波模塊適用于障礙物與超聲波模塊角 度小于 15 度之內(nèi)，否則超聲波將發(fā)生折射現(xiàn)象，無(wú)法精確測(cè)量距離。
時(shí)序：1、提供 TRING 一個(gè) 10us 以上的的脈沖觸發(fā)信號(hào);2、模塊內(nèi)部將發(fā)出 8 個(gè) 40Khz 周期的電平并檢測(cè)回波;3、當(dāng)有回響信號(hào)時(shí)，通過(guò) ECHO 輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)時(shí)間就是超聲波發(fā) 射和收回的時(shí)間間隔。
電氣特性及注意事項(xiàng): 1、建議測(cè)量周期 60MS 以上，以防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)影響；2、測(cè)距時(shí)，被測(cè)物體面積要大于 0.5 平方米且平面盡量平整；3、電源供電不要低于 5V，否則會(huì)影響測(cè)試結(jié)果。
2.3.6 火焰模塊
該模塊可以檢測(cè)火焰或者波長(zhǎng)在 760 納米～1100 納米范圍內(nèi)的光源，探測(cè)角度在 60 度左右，對(duì)火焰光譜特別靈敏（靈敏度可通過(guò)電位器調(diào)節(jié)），對(duì)火焰的探測(cè)距離：跟靈敏度和火焰強(qiáng)度有關(guān)，一般 1m 以?xún)?nèi)適用（以打火機(jī) 火焰測(cè)試，半米內(nèi)能夠觸發(fā)傳感器），工作電壓 3.3V-5V。輸出形式 ：1、模擬量電壓輸出；2、數(shù)字開(kāi)關(guān)量輸出（0 和 1）當(dāng)附近有火源時(shí)輸出低電平。通過(guò)火焰?zhèn)鞲衅?/a>，對(duì)垃圾桶內(nèi)微小火源進(jìn)行檢測(cè)，預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。2.3.7 語(yǔ)音播報(bào)模塊
模塊工作原理:此模塊是一個(gè)提供串口控制的 MP3 模塊，模塊有多種控制模式，完美的集成了 MP3、MAV 的硬 解碼。同時(shí)軟件支持 USB/TF 驅(qū)動(dòng)，支持 FAT16FAT32 文件系統(tǒng)。在此我們使用其串口模式對(duì)其進(jìn)行控制，模塊功能完善，有廣播語(yǔ)插播功能、音頻 文件播放功能等，在此我們通過(guò)簡(jiǎn)單的串口指令即可完成播放指定的語(yǔ)音。其中 USB 當(dāng)作讀卡器使用，將需要播放的語(yǔ)音存至 USB 中，通過(guò) UART 通信協(xié)議將語(yǔ)音指令發(fā)送至板子中進(jìn)行測(cè)試。
用 3.3V-5.4V 電壓、9600Hz 波特率。另外該芯片 也是深度定制的產(chǎn)品，專(zhuān)為 USB 讀卡器，TF 卡播放器固定播放領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的低成本解決方案。廣泛應(yīng)用于車(chē)載導(dǎo)航語(yǔ)音播報(bào)、多路語(yǔ)音告警或設(shè)備操作引導(dǎo)語(yǔ)音、機(jī)電設(shè)備故障自動(dòng)報(bào)警，音樂(lè)播放等領(lǐng)域。
技術(shù)參數(shù)：1、支持采樣率(KHz):8/11.025/12/16/22.05/24/32/44.1/482、24 位 DAC 輸出，動(dòng)態(tài)范圍支持 90dB，信噪比支持 85dB3、完全支持 FAT16、FAT32 文件系統(tǒng)，最大支持 32G 的 U 盤(pán)，TF 卡4、多 種控制模式，串口模式、AD 按鍵控制模式5、廣播語(yǔ)插播功能，可以暫停正在播放的背景音樂(lè)6、音頻數(shù)據(jù)按文件夾排序，最多支持 255 個(gè)文件夾，每個(gè)文件夾可以分配 1000 首歌曲7、30 級(jí)音量可調(diào)，5 級(jí) EQ 可調(diào)8、連接電腦可以顯示盤(pán)符進(jìn)行更新內(nèi)容9、可以通過(guò)單片機(jī)串口進(jìn)行控制播放指定的音樂(lè)10、在按鍵模式下，可以進(jìn)行播放模式選擇：?jiǎn)吻h(huán)，大循環(huán)。硬件參數(shù):語(yǔ)音播報(bào)模塊的硬件參數(shù)
2.3.8 語(yǔ)音識(shí)別模塊
模塊介紹:
1.模塊采用非特定人語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，可對(duì)用戶(hù)的語(yǔ)音進(jìn)行識(shí)別。支持中文音素識(shí)別， 可任意指定中文識(shí)別詞條（小于 8 個(gè)字）。單次識(shí)別可支持 1000 條以上的語(yǔ)音命令，并支持識(shí)別命令分組?？蓪?duì) 0.2 秒至 3.2 秒的語(yǔ)音命令進(jìn)行響應(yīng)，響應(yīng)時(shí)間約為 0.4 秒至 1.2 秒。安靜環(huán)境下，標(biāo)準(zhǔn)普通話(huà)，識(shí)別率大于 95%。LD3320 是一顆基于非特定人語(yǔ)音識(shí)別 （SI-ASR：Speaker-Independent Automatic Speech Recognition）技術(shù)的語(yǔ)音識(shí)別/聲控芯片。提供了真正的單芯片語(yǔ)音識(shí)別解 決方案。
2. LD3320 芯片上集成了高精度的 A/D 和 D/A 接口，不再需要外接輔助的 Flash 和 RAM，即可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別/聲控/人機(jī)對(duì)話(huà)功能。并且識(shí)別的關(guān)鍵詞語(yǔ)列表是可以動(dòng)態(tài)編輯的。3.基于 LD3320，可以在任何的電子產(chǎn)品中，甚至包括簡(jiǎn)單的 51 作為主控芯片的系統(tǒng)中，輕松實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別/聲控/人機(jī)對(duì)話(huà)功能。為所有的電子產(chǎn)品增加 VUI（Voice User Interface）語(yǔ)音用戶(hù)操作界面。
硬件參數(shù):1.內(nèi)置單聲道 mono 16-bit A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換2.內(nèi)置雙聲道 stereo 16-bit D/A 數(shù)模轉(zhuǎn)換3.內(nèi)置 20mW 雙聲道耳機(jī)放大器輸出4.內(nèi)置 550mW 單聲道揚(yáng)聲器放大器輸出5.支持并行接口或者 SPI 接口6.內(nèi)置鎖相電路 PLL，輸入主控時(shí)鐘頻率為 2MHz - 34MHz7.工作電壓：(VDD: for internal core) 3.3V8. 48pin 的 QFN 7*7 標(biāo)準(zhǔn)封裝9.省電模式耗電：1uA
2.3.8 串口屏模塊
串口屏原理：串口屏將復(fù)雜的事情變簡(jiǎn)單，用戶(hù)只需要通過(guò)串口發(fā)送一個(gè)命令字符串完成漢字以及圖片的顯示。串口屏是由液晶屏+單片機(jī)+ 存儲(chǔ)器三部分構(gòu)成的，串口是單片機(jī)中 最普遍的一種接口，具有廣泛的用戶(hù)基礎(chǔ)和資料普及。常言道，把復(fù)雜的事情變簡(jiǎn)單就是價(jià)值，串口屏正遵循了這個(gè)原則，只需要通過(guò)串口發(fā)送一個(gè)命令字符串，比如 "CLS(1);" 就可以將屏幕清成紅色；同樣發(fā)送其他的命令就可以完成漢字以及圖片的 顯示。
通信原理 ：在串口屏與 FPGA 信息交互時(shí)使用了 UART 通信協(xié)議。計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備 的連接，基本上使用了兩類(lèi)接口：串行接口和并行接口。并行接口是指數(shù)據(jù)的各個(gè)位同時(shí)進(jìn)行傳送，其特點(diǎn)是傳輸速度快，但當(dāng)傳輸距離遠(yuǎn)、位數(shù)又多時(shí)，通信線 路變復(fù)雜且成本提高。串行通信是指數(shù)據(jù)一位位地順序傳送，其特點(diǎn)是適合于 遠(yuǎn) 距離通信，通信線路簡(jiǎn)單，只要一對(duì)傳輸線就可以實(shí)現(xiàn)雙向通信，從而大大降低了成本。
當(dāng)串口屏被操作者觸摸，會(huì)有一系列指令數(shù)據(jù)發(fā)出，將發(fā)出的信息傳送給 FPGA 進(jìn)行綜合處理，F(xiàn)PGA 也會(huì)反饋給串口屏一系列數(shù)據(jù)。在這樣的信息傳輸過(guò)程中是以 UART 通訊協(xié)議進(jìn)行通信的。
硬件連接：串口屏使用四個(gè)管腳。+5V 和 GND 及其供電管腳，直接接上 5V 電源，系統(tǒng)即可點(diǎn)亮并演示可實(shí)現(xiàn)上述相關(guān)功能。RX 是串口屏的數(shù)據(jù)接收管腳， 需要連接 TTL 線的 TX 數(shù)據(jù)發(fā)送端。TX 是串口屏的數(shù)據(jù)發(fā)送管腳，需要連接 TTL 線的 RX 數(shù)據(jù)接收端。
2.3.9 USB 攝像頭模塊
該 USB 攝像頭免驅(qū)動(dòng)，可在 FPGA 開(kāi)發(fā)板上調(diào)用對(duì)應(yīng)的 python API 來(lái)控制攝像 頭使用。在攝像頭采集模塊中，我們將 python 內(nèi)部 opencv 模塊的圖像處理函數(shù)加載至攝像頭端，當(dāng)攝像頭采集視頻流時(shí)可在顯示屏實(shí)時(shí)觀看所采集到的視頻流。?第三部分 完成情況及性能參數(shù) /Final Design & Performance Parameters
本系統(tǒng)由攝像頭模塊、顯示器模塊、語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)音播報(bào)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器等共同組成。具有攝像頭拍照識(shí)別垃圾種類(lèi)、實(shí)時(shí)檢測(cè)溫度、火焰、有害氣體、垃圾含量多少、滿(mǎn)桶警告、特殊情況短信提醒、語(yǔ)音播報(bào)、語(yǔ)音識(shí)別以及屏幕實(shí)時(shí)顯示等功能，同時(shí)附加了語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)音播報(bào)功能增加識(shí)別的準(zhǔn)確率。市民將垃圾投入到垃圾桶后，桶內(nèi)的攝像頭會(huì)對(duì)垃圾進(jìn)行拍照，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比識(shí)別垃圾的種類(lèi)，判定結(jié)果通過(guò)開(kāi)發(fā)板回傳至垃圾桶，控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)隔板完成分類(lèi)。
可實(shí)現(xiàn)功能：（1）在圖像識(shí)別模式下，可以對(duì)可回收垃圾進(jìn)行二次分類(lèi)回收利用， 可識(shí)別塑料、金屬、玻璃、硬紙板、廢紙并進(jìn)行分類(lèi)；
（2）在語(yǔ)音識(shí)別模式下，可以 直接對(duì)一些生活中常見(jiàn)垃圾進(jìn)行可回收垃、廚余垃分類(lèi)圾、其他垃圾、有害垃圾四種分類(lèi)，投入相應(yīng)垃圾桶內(nèi)。目前，兩個(gè)功能均已實(shí)現(xiàn)且可以隨意切換使用，各模塊之間按功能連接。傳感器采集得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理之后發(fā)送給顯示器模塊，在串口屏顯示終端顯示垃圾桶內(nèi)垃圾含量、系統(tǒng)安全性以及傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)境數(shù)據(jù)。
兩種垃圾識(shí)別模式：語(yǔ)音識(shí)別模式和圖像識(shí)別模式
（1）使用圖像識(shí)別，可以對(duì)可 回收垃圾進(jìn)行二次識(shí)別；
（2）使用語(yǔ)音識(shí)別模式，可以直接對(duì)一些生活中常見(jiàn)垃圾進(jìn)行可回收垃、廚余垃圾、其他垃圾、有害垃圾四種識(shí)別。將傳感器檢測(cè)一氧化碳、火焰?zhèn)鞲衅?、紅外溫度的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析過(guò)后作是否開(kāi)啟 的報(bào)警提示信號(hào)。系統(tǒng)還可以根據(jù)垃圾桶內(nèi)垃圾的含量、是否出現(xiàn)火焰、存在有害氣體等，通過(guò)短 信發(fā)送給管理員進(jìn)行及時(shí)處理。
3.1 攝像頭模塊
在攝像頭采集模塊中，我們將 python 內(nèi)部 opencv 模塊的圖像處理函數(shù)加載至攝像頭端，當(dāng)攝像頭采集視頻流時(shí)可在顯示屏實(shí)時(shí)觀看所采集到的視頻流。攝像頭采集效 果如下所示：
3.2 語(yǔ)音識(shí)別模塊
我們可以很簡(jiǎn)便的配置語(yǔ)音命令，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別功能。首先需要通過(guò)軟件設(shè)置詞條，后將詞條燒錄至模塊中。其次，利用 UART 通信協(xié)議發(fā)送啟動(dòng)指令驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別模塊，當(dāng)使用者對(duì)模塊說(shuō)話(huà)時(shí)，模塊對(duì)說(shuō)出的話(huà)進(jìn)行識(shí)別并且與燒錄進(jìn)去的詞條進(jìn)行對(duì)比，若兩者一致，則會(huì)向開(kāi)發(fā)板發(fā)送信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后控制震動(dòng)和語(yǔ)音播報(bào)的 開(kāi)關(guān)。
3.3 語(yǔ)音播報(bào)模塊
語(yǔ)音模塊通過(guò)串口發(fā)送指令控制模塊外置 SD 卡或 U 盤(pán)中預(yù)先存儲(chǔ)的語(yǔ)音及音樂(lè)，串口屏發(fā)送過(guò)來(lái)的指令使用狀態(tài)機(jī)檢測(cè)，然后觸發(fā)語(yǔ)音發(fā)送指令模塊，觸發(fā)語(yǔ)音播報(bào)。RTL 圖如圖 3.16 所示。完全支持 FAT16、FAT32 文件系統(tǒng)，最大支持 32G 的 U 盤(pán)，TF 卡。U 盤(pán)和 SD 卡， 需要格式化為 FAT16、FAT32 文件系統(tǒng)。通訊格式：起始位 0x7E + len 后面字節(jié)個(gè)數(shù) + 命令（播放或暫停） + 查詢(xún)歌曲序號(hào)（數(shù)據(jù)高字節(jié)） + 查詢(xún)數(shù)據(jù)低字節(jié) + 結(jié)束位 0xEF。直接發(fā)送的指令， 每發(fā)一條正確指令都會(huì)返回 “OK”錯(cuò)誤返回“err”，修改指 令第三、四位十六進(jìn)制數(shù)據(jù)，即可播放指定文件夾語(yǔ)音。如圖 3.17 所示：
在此我們采用的指定文件夾播放的方式進(jìn)行播放，在外置存儲(chǔ)器中新建文件夾， 文件夾名必須為 01-99 文件號(hào)，文件內(nèi)總曲目名字必須改 1-255。建好文件夾并且存儲(chǔ)好 要播放的語(yǔ)音后，就可以通過(guò)開(kāi)發(fā)板發(fā)送播報(bào)指令，語(yǔ)音模塊便開(kāi)始工作播報(bào)語(yǔ)音。若想要播放 01 文件夾中文件名為 008 的語(yǔ)音，則發(fā)送指令：7E 04 41 01 08 EF（其 中 7E 為起始地址，04 為位長(zhǎng)度，41 為指令，01 08 表示 01 文件夾內(nèi)文件名為 008 的語(yǔ)音）。
3.4 顯示模塊通過(guò) pynq 實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)資源進(jìn)行調(diào)用進(jìn)行實(shí)現(xiàn)圖片的顯示功能。
3.5 舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所使用的數(shù)字電機(jī)為如圖所示。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到 一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，它的旋轉(zhuǎn)的角度可以通過(guò)控制脈沖的占空比進(jìn)行改變調(diào)整。位置控制是通過(guò)發(fā)脈沖來(lái)控制的,位置控制模 式一般是通過(guò)外部輸入的脈沖的頻率來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過(guò)脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。
一個(gè)周期是 20MS，一個(gè)周期的高脈沖范圍在 0 到 2.5MS 其對(duì)應(yīng)的舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍是 0 到 270 度。只要設(shè)定相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)角度對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值，則可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的角度旋轉(zhuǎn)。其 RTL 如圖 3.所示：
3.6 串口屏顯示模塊
我們?cè)诖谄僚c FPGA 信息交互時(shí)使用了 UART 通信協(xié)議。計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備的連接，基本上使用了兩類(lèi)接口：串行接口和并行接口。并行接口是指數(shù) 據(jù)的各個(gè)位同時(shí)進(jìn)行傳送，其特點(diǎn)是傳輸速度快，但當(dāng)傳輸距離遠(yuǎn)、位數(shù)又多時(shí)，通信線路變復(fù)雜且成本提高。串行通信是指數(shù)據(jù)一位位地順序傳送，其特點(diǎn)是適合于遠(yuǎn)距離通信， 通信線路簡(jiǎn)單，只要一對(duì)傳輸線就可以實(shí)現(xiàn)雙向通信，從而大大降低了成本。
當(dāng)傳感器測(cè)得數(shù)據(jù)，會(huì)有指令數(shù)據(jù)通過(guò) UART 通信協(xié)議發(fā)出，將傳感器發(fā)出的信息傳送給 FPGA 進(jìn)行綜合處理，串口屏?xí)鶕?jù)接收到的信息輸出相應(yīng)的數(shù)值。在這樣的信息傳輸 過(guò)程中是以 UART 通訊協(xié)議進(jìn)行通信的。
我們的作品主要是通過(guò)串口屏進(jìn)行顯示，我們采用UART通信協(xié)議的接受模塊接收， 根據(jù)發(fā)來(lái)的傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)，使 FPGA 中狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)與串口屏的顯示界面一致，會(huì) 向串口屏發(fā)送相應(yīng)的顯示信息進(jìn)行顯示，例如垃圾桶內(nèi)溫度、桶內(nèi)垃圾含量、是否檢 測(cè)到火焰或者有害氣體等。圖 3.5 為串口屏指令接收模塊 RTL 圖：
本模塊負(fù)責(zé)接收串口屏發(fā)來(lái)的信息。我們可以在界面的看到垃圾桶內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)， 環(huán)境正常顯示綠色的數(shù)值，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，顯示紅色的數(shù)值，如圖 3.6 所示。
3.7 MCU90615 紅外測(cè)溫模塊
此 MCU90615 模塊通過(guò)發(fā)送對(duì)應(yīng)的 AT 指令集設(shè)置讀取數(shù)的時(shí)間和波特率命令指令：連續(xù)輸出指令：0xA5+0x45+0xEA----------------溫度數(shù)據(jù)（模塊返回?cái)?shù)據(jù)類(lèi)型為 0x45）查詢(xún)輸出指令：0xA5+0x15+0xBA ---------------溫度數(shù)據(jù)（模塊返回?cái)?shù)據(jù)類(lèi)型為 0x45）配置指令：(掉電重啟后生效)波特率配置：0xA5+0xAE+0x53 ---------------96000xA5+0xAF+0x54 ---------------115200（默認(rèn)）上電是否自動(dòng)發(fā)送溫度數(shù)據(jù)配置：0xA5+0x51+0xF6---------------上電后自動(dòng)輸出溫度數(shù)據(jù)0xA5+0x52+0xF7---------------上電后不自動(dòng)輸出溫度數(shù)據(jù)(默認(rèn))0xA5+0xAF+0x54 ---------------115200（默認(rèn)）通過(guò)狀態(tài)機(jī)截取對(duì)應(yīng)位數(shù)據(jù)輸出，將數(shù)據(jù)發(fā)送給串口屏，從而完成顯示，RTL 圖 如圖 3.7 所示：
3.8 GSM 短信模塊
SIM800A 模塊通過(guò)發(fā)送和接受?chē)?guó)際電信聯(lián)盟規(guī)定的 AT 指令集來(lái)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)接收，本系統(tǒng)使用了 UART 通信協(xié)議的發(fā)送模塊進(jìn)行指令的發(fā)送。本系統(tǒng)短信模塊的功能主要體現(xiàn)在 GSM 接收到 DES 密碼模塊產(chǎn)生的密碼后通過(guò)短信發(fā)送給管理員，管理員通過(guò)輸入 GSM 產(chǎn)生的密碼，檢測(cè)到正確信號(hào)后，天窗打開(kāi)。此外，該模塊 1 還設(shè)有溫度報(bào)警模塊，通過(guò)紅外體溫傳感器檢測(cè)溫度，當(dāng)溫度大于 38 攝氏度時(shí)，則發(fā)送短信提醒。RTL 圖如圖 3.8 所示：
3.9 超聲波測(cè)距模塊
該模塊我們通過(guò)超聲波傳感器實(shí)時(shí)的檢測(cè)垃圾桶內(nèi)垃圾含量，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和滿(mǎn)桶警報(bào)當(dāng)垃圾桶即將裝滿(mǎn)時(shí)會(huì)及時(shí)發(fā)送短信至垃圾管理員。可以實(shí)時(shí)在串口屏上顯示垃圾桶內(nèi)垃圾含量，并且當(dāng)垃圾桶內(nèi)可用高度小于 5cm 時(shí)認(rèn)定垃圾桶即將裝滿(mǎn)時(shí) 會(huì)及時(shí)并自動(dòng)發(fā)送短信至垃圾管理員。RTL 圖如圖 3.9 所示：
3.10 UART 通信協(xié)議
Uart 通信協(xié)議每次只能發(fā)送和接收 8 位數(shù)據(jù)，而投入到實(shí)際使用當(dāng)中，往往發(fā) 送和接收的不只是 8 位數(shù)據(jù)，可能是 48 位，可能是 64 位，也有可能是 72 位。此時(shí)， 發(fā)送和接收的處理方法如下。1> 發(fā)送：例如：發(fā)送 7E 04 41 01 08 EF 將這 48 位數(shù)據(jù)強(qiáng)行拆分成 6 個(gè) 8 位數(shù)據(jù)，分別 用 6 個(gè) reg 型寄存器寄存。也就是說(shuō)將 7E 04 41 01 08 EF 這一條指令拆為 7E、 04、41、01、08、EF 6 條指令，然后將其按順序進(jìn) 行發(fā)送。
看起來(lái)好像很容易，就 只是將這 6 條指令按順序發(fā)送就可以了，但是如何才能讓其按順序發(fā)送，這里邊牽扯 到了很多使能端的問(wèn)題。在 此，由 Uart 通信協(xié)議受到了啟發(fā)，Uart 通信協(xié)議的發(fā) 送模塊中，就是將 并行的 8 位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成串行將其一位一位地輸出，同樣的道理， 將 7E、04、41、01、08、EF 分別看成 6 個(gè)整體，每個(gè)整體有 8 位，將這并行的 6 個(gè) 整體轉(zhuǎn)化成串行將其一個(gè)一個(gè)發(fā)送即可。而每?jī)蓚€(gè)整體發(fā)送中間的間隔是需要計(jì)算的， Uart 通信協(xié)議一共有 10 位，1 位起始位，1 位終止位和 8 位數(shù)據(jù)位。那每?jī)蓚€(gè)整體發(fā) 送中間就間隔著發(fā)送 10 位數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算 50MHz/9600Hz * 10 = 52084。
建立一個(gè)計(jì) 數(shù)器，每當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到 52084 時(shí)，選擇一個(gè)需要發(fā)送的整體，將其傳送給發(fā)送模塊 的輸入端，然后進(jìn)行發(fā)送。對(duì)于發(fā)送模塊，將并行的位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成串行一位一位輸出 即可。2> 接收：接收多位數(shù)據(jù)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，一共接收多少位數(shù)據(jù)便設(shè)置一個(gè)多少位的移位 寄存器（例如需要接收 48 位數(shù)據(jù)，便設(shè)置一個(gè) 48 位的移位寄存器），使用 Uart 接收模塊每次接收 8 位數(shù)據(jù)，然后將這 8 位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到移位寄存器當(dāng)中，每接收到一 次數(shù)據(jù)，移位寄存器向左移 8 位，接收完畢后停止并且將寄存器中的數(shù)據(jù)輸出便可完 成接收。
第四部分 總結(jié)
4.1 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
（1）在使用 PYNQ 核心板作為主要處理器處理數(shù)據(jù)時(shí)，使用 hls 對(duì)卷積和池化層的硬 件電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了 cnn 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在 pynq 的復(fù)現(xiàn)。
（2）對(duì)于已經(jīng)訓(xùn)練的垃圾進(jìn)行識(shí)別其準(zhǔn)確率可達(dá) 90%以上。
（3）增加了語(yǔ)音識(shí)別和圖像識(shí)別兩種模式，兩種操作隨意切換，適用于不同場(chǎng)景，對(duì) 應(yīng)相同的功能，增加識(shí)別精準(zhǔn)度。
（4）增加自啟動(dòng)功能。
（5）使用硬件加速，提高了識(shí)別速度。
（6）增加卷積池化的硬件電路設(shè)計(jì)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的效率。
（7）增加傳感器進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，保證出現(xiàn)異常情況進(jìn)行報(bào)警，數(shù)據(jù)及 時(shí)反饋給管理員。
（8）利用攝像頭采集垃圾的圖像后 PYNQ 使用在 PC 端訓(xùn)練并保存的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在該數(shù)據(jù) 集下的權(quán)值。
4.2 可擴(kuò)展之處
（1）擴(kuò)大數(shù)據(jù)集，對(duì)不同種類(lèi)垃圾圖片進(jìn)行收集、訓(xùn)練，增加可識(shí)別垃圾種類(lèi)，提高 識(shí)別精準(zhǔn)度。
（2）對(duì)于云臺(tái)旋轉(zhuǎn)的角度精確值可以更為精確，通過(guò)對(duì)于器件、參數(shù)的調(diào)整，預(yù)計(jì)達(dá) 到肉眼不可見(jiàn)的誤差。
（3）可以升級(jí)使用更加高級(jí)的算法和網(wǎng)絡(luò)使得分類(lèi)更加的精準(zhǔn)和高效。
該作品初衷是想為社會(huì)做出一些貢獻(xiàn)，減輕日益劇增的環(huán)境壓力?，F(xiàn)如 今垃圾分類(lèi)已經(jīng)成為加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)、促進(jìn)綠色發(fā)展的重要舉措。但實(shí)際上，我國(guó)城市生活垃圾分類(lèi)推廣工作也歷時(shí)十幾年，但效果依然不顯著。我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展同時(shí)帶來(lái)了社會(huì)資源的過(guò)度使用，所以對(duì)國(guó)家的長(zhǎng)久發(fā)展和環(huán)境保護(hù)事業(yè)而言，垃圾分類(lèi)是一項(xiàng)必須推進(jìn)的工作。既有利于資源的循環(huán)利用，也有利于城市的人居環(huán)境， 如果成功推行，所有人類(lèi)都將是受益者。然而有人提出如此嚴(yán)格的規(guī)章制度突然降臨， 難免給公眾帶來(lái)顯著的不便，違規(guī)者與監(jiān)管者之間的沖突將會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)，社會(huì)很可能要付出很高的成本，才能維持新規(guī)的有效性，所以設(shè)計(jì)這個(gè)作品旨在解決當(dāng)前社會(huì)問(wèn)題，節(jié)約社會(huì)資源，為公眾帶來(lái)便利。
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