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(shè)計，在大數(shù)據(jù)的背景下快速識別垃圾類別并進行語音提示，同時實時監(jiān)測垃圾桶內(nèi)部環(huán)境狀態(tài)，在發(fā)現(xiàn)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(guān)鍵詞：WiFi技術(shù)? 智能分類垃圾桶? 垃圾回收? 大數(shù)據(jù)? 智能化

中圖分類號： TP391.4? ? ? 文獻標(biāo)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(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，社會各領(lǐng)域的需求逐步呈現(xiàn)科技化特征[1]。 現(xiàn)如今，人們對環(huán)境保護日益重視，垃圾分類在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)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(shè)都將改革現(xiàn)有垃圾桶的浪潮推向了一個新的高度。根據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，預(yù)計2021年我國生活垃圾產(chǎn)量27 097.2萬t。當(dāng)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(chǎn)生各類有害氣體，危害人體健康，甚至嚴(yán)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(lián)網(wǎng)、人臉識別、人機觸摸等技術(shù)形成的“互聯(lián)網(wǎng)+”智能垃圾分類終端[4]等多項技術(shù)已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的主流方向，如美國Intuitive AI公司設(shè)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(tǒng);國內(nèi)vivo的AI助手Jovi增設(shè)了語音交互垃圾分類的功能。為此，該文設(shè)計了一款具有智能監(jiān)控、信息感知、精準(zhǔn)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(diào)用手機語音助手利用該設(shè)計實現(xiàn)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(zāi)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(xué)化的同時也避免了潛在安全事故的發(fā)生[6]。同時，該設(shè)計具有無線通信和藍牙功能，可利用Wi-Fi與互聯(lián)網(wǎng)相連，及時更新分類垃圾桶的數(shù)據(jù)庫，同時也可以通過移動設(shè)備中的App進行實時監(jiān)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(shè)計思路

2.1 家用智能分類垃圾桶的功能設(shè)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(tǒng)組成。主控制系統(tǒng)的主要功能：第一，對垃圾進行語音識別分類后對對應(yīng)的垃圾桶蓋進行延時控制，實現(xiàn)智能分類的效果。第二，檢測垃圾桶內(nèi)部垃圾存儲量位置，如果垃圾存儲為滿，則軟件端發(fā)出提醒垃圾已滿請盡快處理垃圾。第三，檢測垃圾桶內(nèi)部是否存在火災(zāi)隱患，即通過檢測垃圾桶內(nèi)部溫度，判別垃圾桶內(nèi)是否會存在自燃風(fēng)險，若發(fā)生自燃現(xiàn)象，可通過自身專用的報警系統(tǒng)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(nèi)部是否存在有毒氣體，如果垃圾桶內(nèi)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(yè)環(huán)衛(wèi)人員進行處理，處理完畢后即可恢復(fù)正常使用。

2.2 家用智能分類垃圾桶硬件設(shè)計

2.2.1主控模板

主控模板主要是檢測各類模塊發(fā)送的信號后，將信號處理后進行發(fā)送。語音識別模塊能夠?qū)⒔?jīng)過語音識別處理之后的信號精準(zhǔn)地傳送到電機驅(qū)動模塊，用來執(zhí)行智能垃分類圾桶將垃圾的種類進行快速分類，實現(xiàn)對垃圾的精準(zhǔn)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(xiàn)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(nèi)的溫濕度的變化極易導(dǎo)致垃圾桶內(nèi)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(chǎn)生惡心、頭暈甚至昏迷的情況，所以該設(shè)計中的有毒氣體檢測模塊主要是由氣體傳感器組成，當(dāng)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(dāng)技術(shù)人員將垃圾桶內(nèi)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(nèi)部是否會產(chǎn)生自燃現(xiàn)象，因為在垃圾分類的過程中一些易燃垃圾的堆積會產(chǎn)生極大的安全隱患，從而導(dǎo)致垃圾桶自燃的現(xiàn)象產(chǎn)生，若此時不能及時處理極易導(dǎo)致火災(zāi)事故的發(fā)生，所以該設(shè)計中的防火災(zāi)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(dāng)垃圾桶內(nèi)出現(xiàn)煙霧以及溫度過高的情況出現(xiàn)時，煙霧傳感器和溫度傳感器及時向主控模板發(fā)送異常信號后，驅(qū)動電機發(fā)出警報并噴灑滅火劑，同時關(guān)閉垃圾桶。在火情結(jié)束后，即可以正常打開垃圾桶。

2.2.4 紅外感應(yīng)模塊及語音識別模塊

紅外感應(yīng)模塊的設(shè)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(yīng)人體位置，當(dāng)人體到達垃圾桶附近時，對開關(guān)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(jiān)控垃圾桶內(nèi)的垃圾是否出現(xiàn)滿溢，若出現(xiàn)滿溢現(xiàn)象，則紅外對管發(fā)送信號到主控模塊中，在軟件端發(fā)送請及時清理垃圾的提示。語音識別模塊主要用于實現(xiàn)對垃圾分類進行智能分類，通過借助物聯(lián)網(wǎng)云平臺將手機語音助手與主控模塊進行互聯(lián)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(shè)計將采用語音識別模塊和紅外傳感模塊的雙向判定，即當(dāng)有人靠近時，紅外傳感器發(fā)出信號到主控模塊后，進行等待之后當(dāng)再次接受到手機App中發(fā)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(shè)計

智能分類垃圾桶的智能終端核心技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，同時搭載各類傳感器，可以實現(xiàn)自動感應(yīng)、防火、防毒氣泄露、滿溢報警等功能，移動端軟件設(shè)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(tài)信息，在智能分類垃圾桶發(fā)生異常狀態(tài)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(jiān)控垃圾桶的狀態(tài)，有效地避免危險情況的發(fā)生。在基于Wi-Fi技術(shù)下，運用手機端App與物聯(lián)網(wǎng)平臺進行連接后既可以實現(xiàn)與垃圾桶內(nèi)的主控芯片建立連接，通過App既可以發(fā)送控制垃圾桶的指令，也對當(dāng)下垃圾桶內(nèi)的數(shù)據(jù)進行實時反饋監(jiān)視。

4 結(jié)語

基于Wi-Fi技術(shù)下的家用智能網(wǎng)聯(lián)分類垃圾桶的設(shè)計，將成為當(dāng)下未來解決垃圾分類問題的一大突破口，在環(huán)境問題日益嚴(yán)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(shù)難關(guān)等都是亟待解決的重要問題，在今后的研究中將繼續(xù)針對這些問題進行進一步的改進，結(jié)合國內(nèi)外的新技術(shù)完善和優(yōu)化設(shè)計新的功能。

參考文獻

[1]胡文帥，徐子晴，李秋燃，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能垃圾桶的設(shè)計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)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(tǒng)設(shè)計[J].電子技術(shù)與軟件工程，2020（17）：75-76.

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

[4]劉世卿.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能垃圾桶：中國，CN207192005U[P].2018-04-06.

[5]朱瑩.智能垃圾桶的設(shè)計與研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，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(jiān)管系統(tǒng)的開發(fā)[D].天津：天津科技大學(xué)，2020.