物聯網在垃圾回收站中應用研究

葛 鑫，邵育蘭，曾貴苓

(蕪湖職業技術學院電氣與自動化學院(籌)，安徽 蕪湖 241000)

0 引言

隨著生活節奏的不斷加快，物品的種類和數量呈不斷上升的趨勢，越來越多的垃圾伴隨在我們身邊。城鄉生活的垃圾量、清理量不斷增加，給城市垃圾管理和處理帶來了巨大的壓力，堆積在垃圾回收站的垃圾沒有得到有效、及時處理。垃圾數量的增加，伴隨著環境中溫度、濕度的變化，加速了生活垃圾中有機物的腐爛分解及工業垃圾中部分材料氣味的揮發，等等，不可避免地造成環境污染。

垃圾回收站的污染源主要來自進廠的原始垃圾。垃圾運輸車在卸料過程中和垃圾堆放在垃圾儲坑內散發出有毒有害氣體主要包括硫化氫(H2S)、氨氣(NH3)、甲醛等，這些氣體的擴散將嚴重危害人體健康。對垃圾回收站的有毒有害氣體檢測能夠及時提醒垃圾處理，是未來垃圾回收站環境檢測的必然趨勢。

1 物聯網

物聯網(The Internet of Things，簡稱IOT)是通過射頻關鍵技術、多種類型傳感器、定位技術等各種信息技術，實時采集各類光、溫度、電等需要信息，經過各類通信網絡連接，實現物物之間、物人之間的相連，以達到對物品和過程的感知、識別和管理智能化。物聯網是一個以網絡為信息承載體、實現對被獨立尋址的普通物理對象構成相互連接的網絡。

1.1 物聯網的關鍵技術

在物聯網應用中有三項關鍵技術：

傳感技術。其為計算機系統中的核心技術。目前，計算機處理的信號基本都是數字信號。到目前為止，絕大部分計算機處理的都是數字信號，對于模擬信號，需要通過傳感器轉化成數字信號給與計算機進行處理。

RFID標簽。作為傳感器技術的一種，將無線射頻技術與嵌入式相結合，在智能識別、物流管理等方面有著較大的應用前景。

嵌入式系統技術。將計算機技術、先進傳感技術、智能制造等技術相結合。嵌入式技術應用較為廣泛，小到藍牙耳機，大到航空航天系統。隨著技術的不斷發展，人們的生活水平不斷提高，推動產業及國防事業發展。

1.2 物聯網的應用

伴隨著物聯網技術的持續發展，物聯網在環境監測、智能汽車、消防安全、智能家具、水質監測、情報搜集、農業灌溉等各個領域有著較為廣泛的用途。物聯網將最新互聯網技術融入至各類行業中。在鐵路、橋梁等物體中加入先進的傳感技術，能夠對整個網絡中的人員、器件、基本設施之間進行智能控制管理。

2 物聯網垃圾回收站技術及設計

2.1 物聯網垃圾回收站技術方案

目前，對垃圾回收站環境監測的方案中絕大多數是有線式連接檢測，通過現場監控方式，在各個需要檢測的方位放置傳感器，對采集的信號單線傳至核心采集站，經核心采集站處理后傳給上位機進行監控。但是這類方案中，所需的傳感器較大部分是在監控現場，將其布置在需要監控的部位，布線復雜，維護費用昂貴。

將物聯網技術融入至系統中，替換原有的有線技術，能夠達到傳感器與數據采集之間的通訊目的，既能實現在有毒有害的惡劣環境下實時監控，還可以消除無法布線的監控問題，也可解決有線傳輸中存在的一些諸如布線難、故障排查不足等情況。突出現有系統中網絡節點可移動、便于維護等優勢，進一步提升了系統的監測能力和自動化水平。

2.2 物聯網垃圾回收站系統設計

垃圾回收站環境檢測系統由監控平臺和由物聯網組建的無線傳感網絡兩部分組成。其中無線傳感網絡由無線終端節點與網絡協調器節點組成，系統總體結構如圖1所示。

圖1 系統總體結構Fig.1 General structure of system

通過無線終端節點采集垃圾回收站中溫濕度、硫化氫、甲醛、氨氣及二氧化硫氣體濃度，將采集的數據傳輸至網絡協調器節點，并最終將數據傳遞至監控平臺。如果檢測數據超過所設定的危險上限將會發出報警信號，并且經過系統GPS定位模塊實現定位，將定位指令、坐標等信息通過協調器傳輸。GSM通信模塊主要實現環境數據的短信發送，實時為環境監護人員提供準確信息，及時處理，減少甚至避免有害氣體帶來的危害。監控平臺具有數據保存、數據查詢、報警與運行狀態顯示等功能，為環境監護人員提供訪問界面，提示急需處理的垃圾，并且具有數據保存和查詢等功能。

3 系統主要功能實現

3.1 溫濕度模塊

溫濕度模塊主要用于監控垃圾回收站的溫度和濕度，不僅能夠防止高溫及火災現象發生，還能夠避免因溫度升高而導致的垃圾揮發速度加快有毒有害氣體對環境及人體的危害。硬件選用DHT11溫濕度傳感器來實現檢測，其穩定性高，能夠長期使用，符合系統標準。

3.2 氣體檢測模塊

硫化氫、氨氣、甲醛等有毒有害氣體主要來源于垃圾回收站生活及工業垃圾的揮發。隨著濃度的增加，其對環境及人體會產生危害，故氣體檢測尤為重要。可選用測量范圍廣、精度高、靈敏度高、壽命長的傳感器。

3.3 GPS模塊

GPS 模塊主要用于城鄉中各個垃圾回收站的定位，由此可知定位坐標、相應的時間。將相關定位數據上傳至上端服務器，可實現對系統進行監管和服務。若出現危險或報警，將會通過協調器與監控平臺相互通信，提醒監控人員及時對情況進行處理，采取必要措施，減少不必要的危害。

3.4 GSM模塊

GSM通信模塊由射頻芯片、功率放大器等組成。可以對GSM射頻信號處理，包含基于GSM移動網絡發送SMS信息、通話等強大功能，實現監控人員以短信及通話的方式實時掌握垃圾回收站采集的信息。

4 結論與展望

4.1 結論

在垃圾回收站中融入物聯網技術，不僅減少了線束，增大傳輸距離，而且能夠減少成本，實現實時對有害氣體檢測。擁有的GPS定位、GSM通信功能可以信息互聯，進一步提升數據檢測的實時性，為環境和人類健康多了一道安全保障。信息的不斷交互，可以減少有毒有害氣體的危害，提高生活環境質量和人體健康指數。

4.2 展望

系統設計進一步改善了垃圾回收站環境檢測，具有設計簡單、高可靠性、穩定性等特點。本設計還可以進一步擴展用于甲烷、甲硫醇、甲胺、甲基硫等可燃有毒氣體的采集，具有一定的運用價值。預計不久的將來，該技術將在垃圾回收上得到普及應用。