智能垃圾分類系統的軟硬件發展現狀

史笑晴 苗子怡 宇雅赫 董幸異 劉育嘉

（河北科技師范學院工商管理學院，河北 秦皇島 066004）

一、緒論

隨著經濟的發展和人口的增加，全球每年產生的垃圾在不斷上升。為了應對日益嚴重的垃圾問題，人們通過改進垃圾桶的方式來促進垃圾的回收利用。從普通垃圾桶到腳踏式垃圾桶，再到分類垃圾桶，甚至垃圾桶變得更為智能。隨著智能垃圾桶的出現，相關的分類系統也逐漸興起。本文旨在對智能垃圾分類系統進行充分的介紹、回顧和展望。

智能垃圾分類系統是由硬件和軟件共同實現的，即垃圾桶本身和垃圾分類技術的使用兩方面。本文的主要工作如下。1.介紹智能垃圾桶的硬件和國內垃圾分類現狀。2.通過對智能垃圾桶軟件的描述，介紹垃圾桶目前應用的技術。3.研究智能垃圾桶軟硬件之間通信技術，初步了解目前智能垃圾桶的實現原理，為之后的探究提供一定的方向和指導意義。

二、國內智能垃圾系統軟硬件總體發展現狀

現階段，我國對垃圾的處理仍以填埋為主[1]，國內分類垃圾桶的功能尚未達到智能識別、語音提示和太陽能充電等需求。現階段分類后的垃圾不能做到干濕分離，居民垃圾分類意識薄弱，使得垃圾分類投放準確率不高。當前也有部分智能化的垃圾桶，但形式單一主要以紅外線感應開蓋為主，不能主動識別垃圾，且成本高昂[2]，覆蓋范圍以家居為主。當前國內需提高居民垃圾分類意識與探索具有普適性的智能垃圾分類系統。

三、智能垃圾系統的硬件現狀

（一）硬件設備

硬件的介紹，主要是圍繞垃圾桶來介紹。目前，智能垃圾桶多數以筒狀或是長方體的形狀出現，智能垃圾桶以不銹鋼材料和塑料為主要外觀。其內部則是空心狀態，用來存放垃圾。生活中常見的智能垃圾桶主要適用于家庭和公共場合，例如小區、街道等地方。

（二）國內智能垃圾桶品牌

1.拓牛(TOWNEN)。拓牛智能科技成立于2014年，第一代產品于2018年全新上線[3]。牛智能垃圾桶是中國的本土品牌，有T1、T1X、T1s、T3（適合浴室）、TAir 等系列。拓牛智能垃圾桶從外觀來看是以筒狀為主，白色為主，拓牛智能垃圾桶的顯著的賣點即一鍵打包，自動換袋，并且采用無斷點設計，熱塑封技術，采用一鍵打包技術，根據垃圾的高度延伸垃圾袋的高度，隨著拓牛智能垃圾桶系列的升級使得打包垃圾時的分貝逐漸變小。懸浮蓋式設計有利于垃圾異味慢慢透發而出，避免開蓋時瞬間而出的異味。拓牛垃圾桶適用場合是家庭為主，體型小巧玲瓏，其中T3 采用防水設計可以放在浴室中，方便快捷。

2.歐本(OUBEN)。臺州市歐本電子有限公司成立于2010年，其旗下主營產品以智能家電和智能垃圾桶為主[4]，是我國的本土品牌，歐本智能垃圾桶的類型以感應式垃圾桶為主，采用紅外傳感器技術，即使是在不觸碰桶身的前提下也可快速開啟。其主要制成材料是用廢棄牛奶盒包裝制作而成的復合板加工形成的，用廢棄牛奶盒包裝制成的產品其優點是廢物再利用[5]，減少環境污染。

3.宜可(EKO)。中國本土品牌，創立于1977年，之后不斷向智能化方向發展。EKO旗下智能垃圾桶以感應式和腳踏式垃圾桶為主[6]，宜可系列的垃圾桶以圓筒行和長方體形狀為主，分類垃圾桶系列還是進行人工分類垃圾，桶內干濕分明，三桶合為一桶，此系列的垃圾桶以踩踏式為主要方式，也有針對廚房設計的懸掛式垃圾桶，方便無異味。

4.粵能。粵能智能垃圾桶是我國的本土品牌，其生產是來自于粵能環保科技有限公司，粵能科技環保有限公司創立于2017年，是一家以智能型產品為主的公司，而智能垃圾桶就是其中之一的產品，粵能智能垃圾桶的滿桶停運功能是其重要特點。粵能智能垃圾桶在室外使用的較多，例如社區中，所以其體積較大、垃圾分類也清晰明了，居民可以用所投放的垃圾攢存積分換取獎品[7]，方便且高效。

四、智能垃圾系統的軟件現狀

（一）軟件技術

通過分析國內智能垃圾桶軟件部分，可以發現引入了自動打包、自動上袋和紅外線線感應開蓋等技術，但是對分類系統的開發程度不高，不能真正做到垃圾桶自動分類。1.自動打包。自動打包程序觸發后，發熱芯加熱，當垃圾袋遇到高溫后會自動收縮，出現融化現象，發熱芯冷卻后垃圾袋封口處凝固，使得垃圾袋自動打包[8]。2.自動上袋。打包完成的垃圾拿走后，自動上袋程序被觸發，封裝在垃圾袋盒中的無斷點垃圾袋鋪滿垃圾桶內壁，實現自動上袋。這兩項技術主要應用在國內垃圾桶品牌——拓牛。3.紅外線感應開蓋。紅外線感應開蓋，通過利用人體發出的紅外線，當人體進入感應范圍時紅外傳感系統檢測出紅外光譜[9]的變化，自動開啟垃圾桶蓋，3-5s 后自動關閉。紅外傳感開蓋技術應用在歐本、EKO等國內品牌上。4.智能紅光數顯。智能紅光數顯系統[10]，能夠清晰顯示垃圾桶蓋關閉的倒計時，5s 后垃圾桶蓋關閉。此技術在國內垃圾桶上有所體現。5.滿桶停運檢測。當垃圾桶內垃圾堆積到一定高度或者一定重量時[11]，滿桶停運檢測程序會禁止垃圾箱開蓋，來提示投放者垃圾箱已滿，自動發送清運信息給云平臺，云平臺接收電信號，安排清潔人員進行清理。這種技術在國內粵能垃圾桶品牌上應用。

（二）軟件技術應用的優缺點

1.優點。(1)使用方便快捷。使用過程中，只需人將垃圾投放到垃圾桶中，智能垃圾桶的感應系統會直接將垃圾桶的蓋子打開，采用自動打包技術[12]將已滿的垃圾袋打包，將自動上袋技術放出干凈的垃圾袋，方便快捷。(2)干凈衛生。智能垃圾桶在使用過程中，人和物不需要二次接觸垃圾，改善了傳統垃圾桶存在衛生感染的隱患，能夠有效預防疾病通過垃圾傳染給人類和垃圾桶內擴散。(3)節省人力物力。智能垃圾桶中，滿桶停運功能的使用能夠有效防止垃圾溢出造成的環境污染，也無須清潔人員反復查看垃圾桶情況，節省了人力與物力資源。

2.缺點。(1)自動打包程序觸發是由人為控制的，不能確保垃圾桶內垃圾裝滿，可能造成垃圾袋浪費的情況，在一定程度上，出現浪費資源的情況。(2)自動上袋程序是利用吸氣原理實現的，如果垃圾桶體內氣密性不夠，可能會導致吸力不足，垃圾袋不能順利鋪展。(3)紅外線感應程序可以檢測人或動物發射的紅外線而進行開蓋操作，所以不能排除人體意外遮擋或者動物的干擾，可能造成程序的誤操作。(4)大部分智能垃圾桶還沒能做到干濕分離[13]的功能，使得垃圾的回收利用率變得低。

五、軟硬件通信技術

智能垃圾分類系統的軟件和硬件的協調工作，離不開軟硬件間的通信，下面對軟硬件間的通信技術進行概述。1.自動打包軟硬件通信。用戶按壓HOME 鍵，自動打包程序被觸發，隨后發熱芯開始加熱，橫向與豎向桿開始移動，將垃圾袋集束到一點，發熱芯將集束的垃圾袋熔斷，實現打包、封口的操作。垃圾袋打包完成后，橫向桿和豎向桿復位，垃圾桶蓋打開。2.自動上袋。封裝好的垃圾被取出后，垃圾桶底部后側的電動充氣泵開始工作，它將垃圾桶內部空氣向外吸，來減小垃圾桶內部的氣壓，垃圾袋受氣壓的作用向下鋪展，直到10s 后，垃圾袋鋪滿垃圾桶內壁，氣泵關閉。3.紅外線感應開蓋。當用戶靠近垃圾桶紅外傳感器時，紅外傳感器接收信號，控制電板做出開蓋操作。開蓋模式有兩種，按壓左鍵會開啟長時間開蓋模式，再次按壓左鍵會切換到紅外線感應開蓋模式。4.智能紅光數顯。該部分運用紅光數字顯示屏顯示垃圾桶蓋開蓋時間，當時間為0 時，控制電板接收信號，控制垃圾桶蓋關閉。5.滿桶監測軟硬件通信。該模塊運用了壓力傳感器等硬件，當垃圾桶的垃圾裝滿后，此時可認為垃圾桶已經溢滿。壓力傳感器用以實時監測垃圾箱內的垃圾量，當垃圾量達到預設值時[14]，系統即實現預設效果，禁止垃圾箱開蓋。

結語：本文從智能垃圾分類系統的硬件、軟件和軟硬件通信三個方面，對智能垃圾分類系統進行了詳細的闡述。隨著卷積神經網絡的發展及傳感器新技術的應用，智能垃圾分類系統必然會迎來廣闊的發展前景，相信未來的智能垃圾分類系統可以讓垃圾分類便捷化，使垃圾分類成為新習慣、新風尚、新規矩。