基于大數據的智能分類垃圾箱

李春陽 吳明福 李雨桐 李曉清 孫曉梅 羅文汕

（1、吉林化工學院，吉林 吉林132022 2、江西師范大學科學技術學院，江西 共青城332020）

背景：垃圾分類處理一直以來是行業痛點，隨著人口數量的增加，垃圾的產量也急劇增多。在人流量過大地區，清潔人員垃圾處理不及時，導致垃圾堆積成山，惡臭外溢等現象，同時這也對城市的進程和人們的生活環境造成了很大的影響。但如果從源頭直接將垃圾進行分類就能夠減少重復作業從而提高效率。目前，市場已推出可分類垃圾箱，但需人工將垃圾投入相應分類口，部分人群不清除垃圾分類的要求和方法，還經常會出現亂投放、投放錯的現象；一些帶蓋的垃圾箱還存在著開蓋不便的問題，用手打開時也會使手沾染細菌等。

項目簡介：我們制造了一款集多項功能于一身的智能垃圾箱。他的主要構架包括左右兩個區域，右側用于回收礦泉水瓶等相應的塑料瓶。左側用于垃圾的分類處理。左側箱體內分為三個部分，每個部分用于存裝不同的垃圾。垃圾分類的關鍵技術是建立在大數據的云計算之上，智能芯片的信息存儲系統是整個垃圾箱的核心，進行分類數據分析從而分類，同時加上重力矢量模塊可實現垃圾的準確分類。內部裝置運轉是以機械設計為基礎。基本構件：a.供能模塊- 太陽能板吸收光能后轉化為電能和機械能，為裝置機械運轉提供能源；b.分類模塊- 基于代碼數據庫，芯片識別廢棄垃圾并進行垃圾分類處理；c.通信模塊- 當垃圾箱內的廢棄垃圾達到一定質量時，此時就會向手機發送信息或者向小程序的終端發出提示指令。d.照明模塊- 用LED 燈取代傳統的路燈，可以達到反應速度更快，并且具有單元體積小而且更加清晰，更具有安全可靠性、更易識別的優勢。

供能模塊：供能模塊包括太陽能電池板、變壓器、鋰電池、以及其他化學成分組成，太陽能電池板實現24v 電壓，給鋰電池充電，作為儲備能源。垃圾箱進行的分類，照明，無線通信，機械運轉等工作所需要的能源主要由太陽能板供能模塊將太陽能轉化為電能，轉化的電能通過變壓器變壓后輸出，減少電能的消耗和損失。太陽能供能模塊轉化的電能一部分用于體系運轉，另一部分儲存到鋰電池中，提供充足的電能儲備，同時變壓器可以節省垃圾箱工作所消耗的電量，以便在長期陰雨天中垃圾箱也有足夠的電能進行工作。

圖1

圖2

分類模塊：當投放垃圾時，垃圾被投放到環形階梯式跑道裝置中，環形階梯跑道上部裝有智能主芯片（將廢棄垃圾進行圖片模擬分析處理，之后再將圖片轉換為相應代碼保存到芯片的數據庫中），智能芯片會通過掃描垃圾并轉化為數據庫中的代碼進行讀取和分類，智能芯片中我們所導入的數據信息是根據垃圾箱使用的地點，使用的方式，使用的領域以及多方面不同的因素而導入的各類廢棄垃圾圖片代碼，智能芯片將會對所投放的廢棄垃圾圖片與數據信息庫中的代碼進行對比，如果該垃圾符合此類垃圾箱，智能芯片將會作出相應的反應，傳出電信號，將環形階梯這的一部分打開并將垃圾投入到用碳纖維隔離三個扇形桶中的其中一個，進而實現垃圾的合理分類。

無線通信模塊（原理如圖1）：分類垃圾箱底部裝有重力傳感器及信息傳輸系統，當垃圾達到一定數量極限時，使垃圾箱底部的重力傳感器產生作用，重力傳感器會傳出電信號到主芯片，同時主芯片中的定位系統也會輸出電信號，主芯片將電信號進行分析后，轉化成光信號，通過光纖傳輸到無線通信模塊。無線通信模塊中的ZigBee 裝置會將電信號進行讀取和分析，編輯成發出特定的信息指令到垃圾回收站中工作人員手機中上或者傳遞到手機終端的小程序或是app 上，工作人員就會根據所收到信息，到指定的地方清理垃圾。

照明模塊：照明裝置會根據光線的明亮程度作出反應，當光線達到照明裝置所設定的條件時，光控開關被激活，照明功能啟動。蓄電池（太陽能板所吸收的光能少部分被利用，絕大部分儲存在蓄電池中）將為LED 光源提供電能支持。在夜晚照明道路的同時，也可以讓人們找到垃圾箱的位置上，光線可實現遠距離照明，同時當有人走進垃圾箱附近扔垃圾時，燈光的亮度就會相應的減弱，這就避免了強光對人眼的損傷。垃圾桶光亮的另一個優點是可以很好的幫助大家在夜晚扔垃圾時找到垃圾桶的位置，遠距離清晰可見，近距離也不會刺激雙眼。

裝置設計：整個垃圾箱（如圖2）的核心設計，我將從以下四個方面對我們的智能分類垃圾箱的基本構架、工作原理以及運轉機理等主要內容進行簡單的概述。a.外形設計：垃圾箱的外觀主要是根據功能和用途以及方式類別分為左右兩個部分，左右式的分類處理利于垃圾的有效合理分類，左側用于垃圾分類，右側用于礦泉水瓶等塑料瓶的存儲。垃圾箱左側內部設置了三種分離式的分類結構，會根據垃圾的類別進行選擇，在上部我們加入了環形跑道式的結構，目的是為了把不同質量的垃圾進行分離處理，環形跑道的上方是我們的智能芯片安放位置，依據大數據的云計算做出分類，在此處位置時，垃圾箱的左右兩側應處于同一高度，在整個垃圾箱的頂部安裝了我們的光伏太陽能板，用于對整個系統的供能作用，這是垃圾箱基本結構。b.分類設計：垃圾箱的兩側是對于整體要求的分類，在右側主要為礦泉水瓶等塑料瓶的分類處，同時我們在右側垃圾箱的右邊設計了滑板式的開關系統裝置，這樣對于取出瓶子更加的方便，更加便捷，提高了工作的效率，同時也方便回收類似于礦泉水瓶的塑料瓶。左側為裝置的核心部分，對不同的垃圾進行分類投入處理。c.運轉機理：整個裝置的核心技術在于左側垃圾的分類以及分類機制的運轉處理，當有垃圾被扔進垃圾箱時，首先垃圾會掉落在我們的圓環滑梯跑道上，此時的跑道會接受到智能芯片發來的信息開始轉動，垃圾也會在跑道上隨之開始轉動，以重力矢量的方式將垃圾進行分離，就可以保證垃圾不會停靠在一起，環形跑道運轉的同時，智能芯片將會開始工作，對不同的垃圾進行識別，起到分類的作用，只有當垃圾口（三個隔斷垃圾口的任意一個）——廢棄垃圾——智能芯片的訊號處于同一位置頻率時，環形跑道便會像手掌似的張開，對應的垃圾就會掉落到指定的垃圾箱體內。通過這樣的處理方式將會大大的提高垃圾的合理分配的準確性以及高效性。d.箱體內部：箱體的內部分段層采用軟性材料加上碳纖維和樹脂等其他的化學成分共同制成的，這樣的做的原因就是為了保證左側箱體內不會出現某一個隔斷的垃圾箱滿了就需要去整理的過程，減輕了工作量，同時更加方便快捷。在左側的箱體內可自由伸縮，自由變換大小，垃圾箱的內膽與普通垃圾箱的取出采用的是相同的方式，但是我們在此基礎上改變了箱體內部的結構，加入了我們的工作方式，更加方便了工作人員的拿取。

結束語

垃圾分類是一項很大的行業痛點，目前市場上幾乎處于空白狀態，我們將采取最新的手段：數據鏈接- 重力矢度- 垃圾分類- 信息通訊，進行垃圾的合理分類以及配上多項功能打造新一類智能垃圾箱。結合多項功能于一身，可實現在不同的區域、不同的形式下以及不同城市的應用。我們相信在不久的將來，我們的智能垃圾箱將會取代現有的垃圾箱，用我們的創新靈感與實踐意識還環境一份美好。