家用智能分類垃圾桶的設計研究

劉楊錦浩 朱緒東 楊帥 周慧

摘? 要：隨著垃圾分類在全國各城市的普及與推廣，如何快速有效地完成垃圾分類投放成為市民生活中亟需解決的重要問題。該文針對家用分類垃圾桶進行智能化設計，在大數據的背景下快速識別垃圾類別并進行語音提示，同時實時監測垃圾桶內部環境狀態，在發現異常情況時及時通過App反饋至手機終端，可極大地提高垃圾回收的效率。

關鍵詞：WiFi技術? 智能分類垃圾桶? 垃圾回收? 大數據? 智能化

中圖分類號： TP391.4? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： With the popularization and promotion of refuse classification in cities across the country， how to quickly and effectively complete refuse classification and disposal has become an important issue that needs to be solved urgently in the lives of citizens. This article focuses on the intelligent design of household classified trash cans. It quickly identifies the garbage category and gives voice prompts under the background of big data. At the same time， it monitors the internal environment of the trash can in real time， and timely feeds back to the mobile terminal through app when abnormal conditions are found， which can greatly improve the efficiency of garbage collection.

Key Words： WiFi technology; Classification trash can; Garbage collection; Big data; Intellectualization

1 家用智能垃圾桶的意義

隨著物聯網技術的不斷發展，社會各領域的需求逐步呈現科技化特征[1]。 現如今，人們對環境保護日益重視，垃圾分類在可持續發展戰略中顯得尤為重要[2]。隨著國家對垃圾分類的大力宣傳以及愛國7個專項行動、各大型城市開展的智慧城市建設都將改革現有垃圾桶的浪潮推向了一個新的高度。根據權威數據統計表明，預計2021年我國生活垃圾產量27 097.2萬t。當大量的城市垃圾無法得到及時的處理時，容易滋生各種各類細菌，并且產生各類有害氣體，危害人體健康，甚至嚴重影響市容[3]。

家用智能分類垃圾桶主要是為了簡化垃圾分類的過程使其更加智能化，運用AI、物聯網、人臉識別、人機觸摸等技術形成的“互聯網+”智能垃圾分類終端[4]等多項技術已經成為國內外研究的主流方向，如美國Intuitive AI公司設計了以人機交互、提醒居民分類錯誤為特色的Oscar智能垃圾分類系統;國內vivo的AI助手Jovi增設了語音交互垃圾分類的功能。為此，該文設計了一款具有智能監控、信息感知、精準管理等功能的智能垃圾桶，特別是在一些老年人因記憶衰退或視力減弱等問題無法獨立完成垃圾分類時，可以通過調用手機語音助手利用該設計實現對不同垃圾的智能分類[5]，同時智能分類垃圾桶還增加了自動開蓋、滿溢報警、火災報警器、有毒氣體檢測等功能，在使垃圾分類處理方式更加科學化的同時也避免了潛在安全事故的發生[6]。同時，該設計具有無線通信和藍牙功能，可利用Wi-Fi與互聯網相連，及時更新分類垃圾桶的數據庫，同時也可以通過移動設備中的App進行實時監控，獲取報警信息等，便于對垃圾桶進行管理[7]。

2 家用智能垃圾桶的設計思路

2.1 家用智能分類垃圾桶的功能設計

智能分類垃圾桶智能由垃圾桶身部分、桶蓋部分、電源部分、控制系統組成。主控制系統的主要功能：第一，對垃圾進行語音識別分類后對對應的垃圾桶蓋進行延時控制，實現智能分類的效果。第二，檢測垃圾桶內部垃圾存儲量位置，如果垃圾存儲為滿，則軟件端發出提醒垃圾已滿請盡快處理垃圾。第三，檢測垃圾桶內部是否存在火災隱患，即通過檢測垃圾桶內部溫度，判別垃圾桶內是否會存在自燃風險，若發生自燃現象，可通過自身專用的報警系統提醒人們遠離，同時噴灑滅火劑，防止火勢進一步擴大。第四，檢測垃圾桶內部是否存在有毒氣體，如果垃圾桶內部有毒氣體濃度較高，則將垃圾蓋鎖死，將有毒氣體信息上傳到移動端軟件中，并通知專業環衛人員進行處理，處理完畢后即可恢復正常使用。

2.2 家用智能分類垃圾桶硬件設計

2.2.1主控模板

主控模板主要是檢測各類模塊發送的信號后，將信號處理后進行發送。語音識別模塊能夠將經過語音識別處理之后的信號精準地傳送到電機驅動模塊，用來執行智能垃分類圾桶將垃圾的種類進行快速分類，實現對垃圾的精準分類。報警以及檢測主要是通過溫度、濕度、氣體濃度以及距離來實現的。

2.2.2 有毒氣體檢測模塊

有毒氣體檢測模塊主要用于檢測在垃圾分類過程中，因為垃圾桶內的溫濕度的變化極易導致垃圾桶內的有害垃圾排放出有毒氣體，若此時誤開垃圾桶的話極易因為吸入有毒氣體之后產生惡心、頭暈甚至昏迷的情況，所以該設計中的有毒氣體檢測模塊主要是由氣體傳感器組成，當有毒氣體濃度到達一定閾值后，將異常信號反饋到主控端進行報警提醒并鎖死垃圾桶蓋，當技術人員將垃圾桶內的有毒氣體排空后，即可正常打開。

2.2.3 火情處理模塊

火情處理模塊主要是用于檢測垃圾桶內部是否會產生自燃現象，因為在垃圾分類的過程中一些易燃垃圾的堆積會產生極大的安全隱患，從而導致垃圾桶自燃的現象產生，若此時不能及時處理極易導致火災事故的發生，所以該設計中的防火災模塊主要是通過煙霧傳感器、溫度傳感器以及一個自動噴灑滅火劑的裝置組成，當垃圾桶內出現煙霧以及溫度過高的情況出現時，煙霧傳感器和溫度傳感器及時向主控模板發送異常信號后，驅動電機發出警報并噴灑滅火劑，同時關閉垃圾桶。在火情結束后，即可以正常打開垃圾桶。

2.2.4 紅外感應模塊及語音識別模塊

紅外感應模塊的設計主要分為兩個部分，一部分是通過紅外傳感器來實時感應人體位置，當人體到達垃圾桶附近時，對開關蓋做一個判斷指令。另外一部分是通過使用紅外對管來實時監控垃圾桶內的垃圾是否出現滿溢，若出現滿溢現象，則紅外對管發送信號到主控模塊中，在軟件端發送請及時清理垃圾的提示。語音識別模塊主要用于實現對垃圾分類進行智能分類，通過借助物聯網云平臺將手機語音助手與主控模塊進行互聯后，即可通過手機語音助手使用分類垃圾桶的操作。為了防止垃圾桶錯誤開啟，該設計將采用語音識別模塊和紅外傳感模塊的雙向判定，即當有人靠近時，紅外傳感器發出信號到主控模塊后，進行等待之后當再次接受到手機App中發出的開蓋指令后，才能進行開蓋操作。

3 智能分類垃圾桶移動端軟件設計

智能分類垃圾桶的智能終端核心技術為物聯網技術，同時搭載各類傳感器，可以實現自動感應、防火、防毒氣泄露、滿溢報警等功能，移動端軟件設計能夠極大地幫助用戶及時地查看智能分類垃圾桶的狀態信息，在智能分類垃圾桶發生異常狀態時及時地使用App進行通知，便于進行對垃圾桶的遠程操控，實時監控垃圾桶的狀態，有效地避免危險情況的發生。在基于Wi-Fi技術下，運用手機端App與物聯網平臺進行連接后既可以實現與垃圾桶內的主控芯片建立連接，通過App既可以發送控制垃圾桶的指令，也對當下垃圾桶內的數據進行實時反饋監視。

4 結語

基于Wi-Fi技術下的家用智能網聯分類垃圾桶的設計，將成為當下未來解決垃圾分類問題的一大突破口，在環境問題日益嚴重的今天，如何盡快推行垃圾分類以及解決垃圾分類中存在的技術難關等都是亟待解決的重要問題，在今后的研究中將繼續針對這些問題進行進一步的改進，結合國內外的新技術完善和優化設計新的功能。

參考文獻

[1]胡文帥，徐子晴，李秋燃，等.基于物聯網的智能垃圾桶的設計與實現[J].現代工業經濟和信息化，2020，10（10）：35-37，55.

[2]劉攀，陸霖波，趙曉艷，等.新型智能垃圾桶控制系統設計[J].電子技術與軟件工程，2020（17）：75-76.

[3]張克勇，朱湘萍，包本剛，等.基于 WIFI 環境的智能垃圾桶的設計[J].信息化研究，2020，46（3）：74-78.

[4]劉世卿.一種基于物聯網的智能垃圾桶：中國，CN207192005U[P].2018-04-06.

[5]朱瑩.智能垃圾桶的設計與研究[D].徐州：中國礦業大學，2019.

[6]曾賢君.智能分類垃圾桶：中國，CN201921105813.1[P].2020-03-31.

[7]李昂.基于云平臺的嵌入式垃圾桶監管系統的開發[D].天津：天津科技大學，2020.