智能分类垃圾桶的设计.docx

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智能分类垃圾桶的设计

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崔赟杰廖舒灏成福良林祺沁

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