智能分类垃圾桶的设计
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摘 要：利用当今最为流行的“识别”技术配合“互联网+”技术为基础，以垃圾桶为载体，设计出集独特外观设计，自动识别垃圾种类，自动分拣垃圾，自动投放，满载报警，除臭，线上APP等为一体的智能分类垃圾桶，实现真正意义上的投放垃圾全智能化，满足当前居民，社会和国家的利益需求，符合智能化的发展需求以及绿色环保的发展理念。
关键词：智能垃圾桶 自动识别 绿色环保
中图分类号：TB47 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）10（c）-0067-02
据有关资料显示：近10年，我国城市垃圾平均每年以8.98%的速度增长。我国历年堆存的垃圾已达60亿t，侵占了约5亿多m2的土地。每年，我国生活垃圾产生量在4亿t以上。在网络购物日益普及的今天，快递包装垃圾也以惊人的速度增加。根据统计数据显示，快递包装垃圾人均每年20kg。因此，智能垃圾分类势在必行。
1 系统总体结构
对于这款智能分类垃圾桶，垃圾桶外观总体由一个总舱门，四个分舱门分别对应金属，玻璃，塑料和其他垃圾构成。垃圾桶有个显示屏，用户选择投放垃圾后，垃圾桶会打开总舱门，进行垃圾分类确定。在垃圾识别方面，有两道识别工序，第一道工序是垃圾先进入分类桶，人工在云端上传常见的垃圾种类，用OpenCV识别垃圾，对摄像头捕捉到的图像进行分析，然后树莓派通过GPIO口控制机械臂移动并夹取相应的垃圾，配合识别箱的移动将不同垃圾投入对应的投放口。对于未能识别的垃圾，数据将上传至云端进行备份，由人工操作对数据库进行更新。当垃圾通过第一道工序后，分类桶下面有两个门（一开一闭），利用安装有传感器和金属探测仪的机械手臂1测量金属并进行分拣，利用安装有传感器和红外探测仪1的机械手臂2区分塑料和玻璃并进行分拣，通过内部分辨垃圾的种类，把分好类的垃圾通过机械手臂分拣到可以打开的门处，利用滑轨滑动到相应的桶内对垃圾进行依次投放，并且利用红外探测仪2区别垃圾是否装满，在垃圾满了后对环卫人员发出报警信号，从而实现真正的智能。选择合适的锂电池作为独立电源，在垃圾桶外安装太阳能电池板对其进行供电，从而实现真正的绿色智能。
2 垃圾识别功能
2.1 实现所需准备
（1）操作系统：Ubuntu版本18.04。由于考虑到实际投入使用，识别是Linux系统下实现的， 防止实现过程中出现读写问题（TensorFlow涉及到python运用，windows下容易出现读写问题）。
（2）实际生产所用硬件：树莓派+摄像头等传感器+机械臂。
（3）硬件测试运算环境：RTX2070显卡通过Tensorflow-gpu调用CUDA。VScode终端调试运行。
2.2 实现流程
（1）首先准备好垃圾数据，并对垃圾数据做好标签分类导入到Tensorflow。
（2）Tensorflow将分好类的垃圾数据进行封装成为dataset，并对dataset进行深度计算、拟合（模型）和训练。
（3）数据被训练完成后会转换为数据模型文件，会被存为pb图像文件，这时就可以运用OpenCV对数据进行识别并分类了。
（4）可以通过调用OpenCV的dnn模块读取训练出来的pb图像文件，并对摄像头传感器捕获到图像每一帧进行预测推断分析。同时考虑到垃圾桶有实时性，有时候会遇到识别时间问题，而OpenCV支持Openvino，通過初始化调用intel二代神经网络计算棒（ncs），可以很容易做到快速推断，相比普通运算速度大幅提高。时间约为50ms/帧。
（5）最后OpenCV推断出摄像机所捕获的帧，匹配相应的垃圾的数据模型分辨出垃圾种类。直到摄像头中的帧里检测不出垃圾后停止工作，并取得不同类垃圾的xy坐标，分析数据返回树莓派，树莓派通过GPIO口控制机械臂移动并夹取相应的垃圾，配合识别箱的移动将不同垃圾投入对应的投放口，以此实现垃圾桶的智能垃圾分类。
3 该智能分类垃圾桶的主要功能
3.1 垃圾分类自动化
该款智能分类垃圾箱将传统的人工分类垃圾转变为智能化，由专门的系统负责分拣垃圾，这样的做法将大大地减少人工垃圾分类需要的大量的人力、物力，不让垃圾分类再成为令人头疼的问题，而是如此简单、如此便利，减少了人们倒垃圾的负担。
3.2 垃圾分类一体化
相比于当今市面上的大多数智能分类垃圾桶，该智能分类垃圾桶集识别，检测，分类，投放，报警为一体的产品，真正地解决人们主观上不能识别垃圾类别的问题。避免分类错误带来的垃圾处理不当造成污染的环境问题。
3.3 了解辖区内垃圾桶状态
垃圾桶内置无线传输模块，可以把信息上传至云端。环卫工人可以通过APP了解当前垃圾桶的状态。一旦垃圾装满，该智能分类垃圾桶会通过APP向环卫工人发出报警信号，提醒环卫工人进行清理作业工作。
3.4 处理垃圾桶异味
在垃圾桶盖和垃圾桶内筒壁上填充一层活性纤维炭，利用炭良好的吸附性能净化空气，美化周围环境，避免招引飞虫。该物理方法去除异味具有经济，有效的特点，并且不占用太多内部空间，实现“小空间，大容量”的功能。
3.5 垃圾回收再利用
智能分类垃圾桶通过对垃圾的分类，可以有效地对可回收的垃圾进行回收再利用，避免浪费，符合中华民族节约节俭的美德，同时响应“不铺张浪费”的主要思想。
4 智能分类垃圾桶可行性分析
该产品响应了：垃圾分类工作就是新时尚的想法。2017年3月30日，国家发改委、住建部颁布《生活垃圾分类制度实施方案》，要求在全国46个城市先行实施生活垃圾强制分类。自2019年7月1日，《上海市生活垃圾管理条例》在上海正式实施以来，许多居民都不适应垃圾分类的要求，不能准确地将垃圾进行投放。在这个大的时代背景下，智能分类垃圾桶应运而生，它的出现不仅有利于维护社会良好的卫生环境，而且有利于督促市民产生环保绿色的意识，同时有利于环卫工人工作的效率，节省了时间和人力物力。如果有企业进行投资，在垃圾桶的外观可以加入企业的广告，这不仅可以使智能分类垃圾桶的价值最大化，还可以使得城市的资源得到合理的利用。
5 结语
“世界上没有垃圾，只有放错资源的宝藏。”智能分类垃圾桶把传统的垃圾分类结合互联网以及大数据和其先进的分类功能，造就了新的垃圾分类的潮流，对可回收的垃圾进行回收再利用，避免浪费，符合当今社会发展需求以及个人需求。智能分类垃圾桶不仅在环境保护，美化城市，督促人们形成良好的环境保护意识等方面起到重要作用，而且，它能够有效提高环保人员工作的效率以及减轻垃圾站的压力，它还能够带动智能，环保行业的发展，创造一系列的财富。
参考文献
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