陳 陳，張 旭，李逸軒，聶 陽

（1.揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院，江蘇 揚州 225127；2.中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

中國大力推行垃圾分類的政策，以解決當(dāng)下的“垃圾圍城”的現(xiàn)狀[1]，本文設(shè)計的產(chǎn)品就是在這種背景下產(chǎn)生的。智能垃圾分類桶是實現(xiàn)垃圾減量化和資源化的重要途徑和手段，能有效地推進(jìn)城市環(huán)境的改善，促進(jìn)資源實現(xiàn)最大化利用。本文中設(shè)計產(chǎn)品是基于百度云平臺的智能識別技術(shù)開發(fā)設(shè)計的一款智能垃圾分類桶。該智能垃圾分類桶是一款集合了云平臺技術(shù)、智能識別技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)于一體的高科技新產(chǎn)品，實用性高。它可以精準(zhǔn)識別圖像、語音等信號，識別準(zhǔn)確率高。在功能上，它不僅可以進(jìn)行垃圾分類，還可以通過微信小程序進(jìn)行垃圾分類科普知識的學(xué)習(xí)。

智能垃圾分類桶硬件部分主要通過控制電路、無線通信電路、舵機(jī)等硬件進(jìn)行實現(xiàn)。智能識別通過圖像識別和語音識別技術(shù)遠(yuǎn)程控制垃圾桶的開合。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本項目旨在設(shè)計一款“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的智能垃圾分類桶。通過百度AI平臺中的識別API接口進(jìn)行智能識別，匹配數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)后發(fā)送命令控制舵機(jī)打開垃圾桶；實現(xiàn)硬件組件與微信小程序、微信小程序與百度AI平臺的通信功能；設(shè)計微信小程序，實現(xiàn)垃圾桶的遠(yuǎn)程控制。整個系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖1所示，智能垃圾分類桶的工作流程如圖2所示。

圖1 智能垃圾分類桶系統(tǒng)圖

圖2 智能垃圾分類桶工作流程圖

硬件模塊主要由控制電路、舵機(jī)、測距傳感器等組成。將百度AI智能識別的結(jié)果通過無線通信模塊傳給控制電路，控制電路控制舵機(jī)開合；測距傳感器實時監(jiān)測垃圾進(jìn)行溢滿報警，并通過無線通信模塊上傳到小程序。

通信模塊主要由垃圾桶硬件通信模塊、無線通信模塊2部分組成。垃圾桶硬件各種元器件間采用socket通信協(xié)議進(jìn)行通信；硬件平臺與微信小程序、云服務(wù)器與微信小程序間采用http通信協(xié)議進(jìn)行通信。

遠(yuǎn)程控制模塊主要通過微信小程序頁面遠(yuǎn)程控制舵機(jī)。由無線通信模塊傳遞連接信息給控制電路，由控制電路控制舵機(jī)開合。

智能識別模塊主要通過微信小程序頁面識別垃圾并分類。通過百度AI平臺進(jìn)行視覺和語音識別，與云數(shù)據(jù)庫比對后識別出垃圾類別后遠(yuǎn)程控制舵機(jī)開合。

2 硬件模塊設(shè)計

基于前期的社會調(diào)研，充分考慮智能垃圾分類桶的性能和價格，選用ESP8266 WIFI模塊[2]、HY-SRF05測距傳感器[3]和輝盛（TowerPro）小型舵機(jī)/SG90舵機(jī)[4]、控制電路等組成硬件系統(tǒng)。如圖3所示。

圖3 智能垃圾桶硬件模塊測試

為了實現(xiàn)智能識別，通過百度AI開放平臺中的識別API生成文本，與云數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，形成具體垃圾類別，并將結(jié)果通過ESP8266 WIFI無線通信模塊返回給控制模塊，控制舵機(jī)開合，完成智能垃圾分類。

為了實現(xiàn)溢滿監(jiān)控，HY-SRF05測距傳感器會計算垃圾平面和傳感器位置的垂直距離，垃圾投放量超過安全閾值后，主控制電路會發(fā)出蜂鳴聲警告，禁止垃圾桶開蓋。同時垃圾實時數(shù)據(jù)將同步到微信小程序，以便用戶及時處理溢滿垃圾。

硬件模塊測試成功后，考慮合作企業(yè)的需求，選取塑料材質(zhì)作為垃圾桶的外包主體材料，采用長方形聯(lián)排式結(jié)構(gòu)。在垃圾桶開合蓋處放入舵機(jī)、測距傳感器，在垃圾桶背面放入主控電路。通過3D MAX三維動畫渲染和制作軟件進(jìn)行垃圾桶建模渲染，其效果圖如圖4所示。

圖4 智能垃圾分類桶三維效果圖

3 通信模塊設(shè)計

測距傳感器將測距信息預(yù)處理后由socket客戶端通過socket通信協(xié)議通知socket服務(wù)端發(fā)送成功，socket服務(wù)端將測距信息發(fā)送到微信小程序上，實現(xiàn)溢滿監(jiān)測。

用戶小程序通過http協(xié)議與百度AI平臺連接，將百度API智能識別的結(jié)果與分類數(shù)據(jù)庫比對，得出垃圾類別后通過http協(xié)議傳遞給控制電路，從而實現(xiàn)智能控制。系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)

4 軟件模塊設(shè)計

此子系統(tǒng)上位機(jī)軟件主要實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和智能識別模塊。

遠(yuǎn)程控制模塊主要由連接設(shè)備和垃圾桶控制兩大功能組成。連接設(shè)備功能可以實現(xiàn)小程序與硬件模塊的連接；垃圾桶控制功能可以實現(xiàn)具體分類垃圾桶的遠(yuǎn)程開合，如圖6所示。

圖6 遠(yuǎn)程控制頁面

智能識別模塊主要由視覺識別、語音識別以及文字識別功能組成。視覺識別功能是調(diào)用百度圖像識別API將圖片（可以隨手拍，也可以在相冊里選擇）識別成文字，和云數(shù)據(jù)庫比對后得出相應(yīng)的垃圾類別顯示在頁面上，確認(rèn)無誤后點擊垃圾類別文字進(jìn)行遠(yuǎn)程控制舵機(jī)開合。語音識別功能就是調(diào)用百度語音識別API識別成文字后進(jìn)行云數(shù)據(jù)庫比對得出垃圾類別后控制開合，文字識別功能就是直接和云數(shù)據(jù)庫比對后控制開合，如圖7所示。

圖7 智能識別頁面

5 軟件測試

完成軟件模塊后進(jìn)行系統(tǒng)測試，首先進(jìn)行文字識別測試，通過在文本框輸入相關(guān)文字，識別出垃圾的分類信息。通過精確查找和模糊查找，測試小程序文字搜索的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。接著，進(jìn)行智能識別測試，點擊“語音識別”圓形按鈕，進(jìn)行語音輸入后接入百度API接口進(jìn)入語音識別，將識別文字顯示在文本框，通過數(shù)據(jù)庫比對返回分類信息。點擊“圖像識別”圓形按鈕，打開攝像頭進(jìn)行拍照，將拍照后的照片接入百度API接口進(jìn)入圖像識別，數(shù)據(jù)庫比對后返回查詢結(jié)果。根據(jù)測試情況顯示，智能垃圾分類桶基本滿足使用要求。智能識別測試如圖8所示。

圖8 智能識別測試

6 結(jié)論

本文基于智能識別技術(shù)設(shè)計的智能垃圾分類桶采用了先進(jìn)的微電腦控制芯片、無線通信電路、測距傳感檢測裝置，是一款集視覺識別、語音識別、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品。它是一款科學(xué)技術(shù)輔助垃圾分類的產(chǎn)品，不僅可以有效提高垃圾分類效率和正確率，還能通過微信小程序進(jìn)行科普宣傳，從而引導(dǎo)大眾樹立垃圾分類的意識。