智能分类垃圾桶的设计.docx

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智能分类垃圾桶的设计

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崔赟杰廖舒灏成福良林祺沁

摘??要:利用当今最为流行的“识别”技术配合“互联网+”技术为基础,以垃圾桶为载体,设计出集独特外观设计,自动识别垃圾种类,自动分拣垃圾,自动投放,满载报警,除臭,线上APP等为一体的智能分类垃圾桶,实现真正意义上的投放垃圾全智能化,满足当前居民,社会和国家的利益需求,符合智能化的发展需求以及绿色环保的发展理念。

关键词:智能垃圾桶?自动识别?绿色环保

中图分类号:TB47?????????????????文献标识码:A????????????文章编号:1674-098X(2019)10(c)-0067-02

据有关资料显示:近10年,我国城市垃圾平均每年以8.98%的速度增长。我国历年堆存的垃圾已达60亿t,侵占了约5亿多m2的土地。每年,我国生活垃圾产生量在4亿t以上。在网络购物日益普及的今天,快递包装垃圾也以惊人的速度增加。根据统计数据显示,快递包装垃圾人均每年20kg。因此,智能垃圾分类势在必行。

1?系统总体结构

对于这款智能分类垃圾桶,垃圾桶外观总体由一个总舱门,四个分舱门分别对应金属,玻璃,塑料和其他垃圾构成。垃圾桶有个显示屏,用户选择投放垃圾后,垃圾桶会打开总舱门,进行垃圾分类确定。在垃圾识别方面,有两道识别工序,第一道工序是垃圾先进入分类桶,人工在云端上传常见的垃圾种类,用OpenCV识别垃圾,对摄像头捕捉到的图像进行分析,然后树莓派通过GPIO口控制机械臂移动并夹取相应的垃圾,配合识别箱的移动将不同垃圾投入对应的投放口。对于未能识别的垃圾,数据将上传至云端进行备份,由人工操作对数据库进行更新。当垃圾通过第一道工序后,分类桶下面有两个门(一开一闭),利用安装有传感器和金属探测仪的机械手臂1测量金属并进行分拣,利用安装有传感器和红外探测仪1的机械手臂2区分塑料和玻璃并进行分拣,通过内部分辨垃圾的种类,把分好类的垃圾通过机械手臂分拣到可以打开的门处,利用滑轨滑动到相应的桶内对垃圾进行依次投放,并且利用红外探测仪2区别垃圾是否装满,在垃圾满了后对环卫人员发出报警信号,从而实现真正的智能。选择合适的锂电池作为独立电源,在垃圾桶外安装太阳能电池板对其进行供电,从而实现真正的绿色智能。

2?垃圾识别功能

2.1实现所需准备

(1)操作系统:Ubuntu版本18.04。由于考虑到实际投入使用,识别是Linux系统下实现的,防止实现过程中出现读写问题(TensorFlow涉及到python运用,windows下容易出现读写问题)。

(2)实际生产所用硬件:树莓派+摄像头等传感器+机械臂。

(3)硬件测试运算环境:RTX2070显卡通过Tensorflow-gpu调用CUDA。VScode终端调试运行。

2.2实现流程

(1)首先准备好垃圾数据,并对垃圾数据做好标签分类导入到Tensorflow。

(2)Tensorflow将分好类的垃圾数据进行封装成为dataset,并对dataset进行深度计算、拟合(模型)和训练。

(3)数据被训练完成后会转换为数据模型文件,会被存为pb图像文件,这时就可以运用OpenCV对数据进行识别并分类了。

(4)可以通过调用OpenCV的dnn模块读取训练出来的pb图像文件,并对摄像头传感器捕获到图像每一帧进行预测推断分析。同时考虑到垃圾桶有实时性,有时候会遇到识别时间问题,而OpenCV支持Openvino,通過初始化调用intel二代神经网络计算棒(ncs),可以很容易做到快速推断,相比普通运算速度大幅提高。时间约为50ms/帧。

(5)最后OpenCV推断出摄像机所捕获的帧,匹配相应的垃圾的数据模型分辨出垃圾种类。直到摄像头中的帧里检测不出垃圾后停止工作,并取得不同类垃圾的xy坐标,分析数据返回树莓派,树莓派通过GPIO口控制机械臂移动并夹取相应的垃圾,配合识别箱的移动将不同垃圾投入对应的投放口,以此实现垃圾桶的智能垃圾分类。

3?该智能分类垃圾桶的主要功能

3.1垃圾分类自动化

该款智能分类垃圾箱将传统的人工分类垃圾转变为智能化,由专门的系统负责分拣垃圾,这样的做法将大大地减少人工垃圾分类需要的大量的人力、物力,不让垃圾分类再成为令人头疼的问题,而是如此简单、如此便利,减少了人们倒垃圾的负担。

3.2垃圾分类一体化

相比于当今市面上的大多数智能分类垃圾桶,该智能分类垃圾桶集识别,检测,分类,投放,报警为一体的产品,真正地解决人们主观上不能识别垃圾类别的问题。避免分类错误带来的垃圾处理不当造成污染的环境问题。

3.3了解辖区内垃圾桶状态

垃圾桶内置无线传输模块,可以把信息上传至云端。环卫工人可以通过APP了解当前垃圾桶的状态。一旦垃

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