176 ·2020年06期
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■庞博 周星妤 谷颖佳 金辰旭 郭梦如重庆交通大学土木工程学院 重庆 400041
摘 要：近年来，国家大力倡导垃圾分类，作为垃圾分类中的硬件，垃圾箱除了存储垃圾外，并没有被赋予更多智能化的功能。本装置旨在设计一款基于现有图像识别技术，实现垃圾智能分类的全自动化环保型垃圾桶。它利用图像识别模块识别获取垃圾信息并与数据库进行匹配，单片机控制机械装置模块完成分类。该智能分类垃圾桶还具有容量监控、自动预警等功能，是图像识别技术与智能化分类结合的创新产物，具有能高效识别，安全可控的特点。 关键词：图像识别；智能分类；垃圾分类；单片机1.设计现状综述蜂蜜包装盒
1.1当前智能垃圾桶存在形式
（1）基于RFID 技术的智能分类垃圾桶。该类型智能垃圾桶利用RFID 精准接收并判断垃圾是否可回收的分类信息，由单片机控制，实现垃圾智能分类的智能化。
（2）可追溯式智能分类垃圾桶。可追溯式智能分类垃圾桶盖，利用识别分类技术，实现了智能的垃圾分类投放，而且能通过后台系统对分类不准确的用户进行追溯，督促人们从源头上“自觉”进行垃圾分类。
（3）基于物联网的智能分类垃圾桶。基于物联网的环保智能分类回收垃圾桶，利用互联网+环保+金融模式，以垃圾桶作为载体，实现语音识别、LED 屏、独特外形设计、线上APP 等，实现经济、社会、生态三方面收益。
2.图像识别技术的阐释2.1基本原理
图像识别是利用计算机对图像进行过处理、分析、理解以识别各种目标和对象的计算。每个图像都有它的特征，通过不同的方法，可以提取出特定的特征。在进行垃圾分类时，我们主要考虑垃圾成像不同而非材料的差异，在这里，装置所需要的特征变量是特征图像。卷积神经系统（CNN）是实现垃圾图像获取并识别分类的程序方法，其识别分类过程如下图：轨道交通系统
3.装置介绍
3.1图像识别模块
本装置创新突破，将图像识别技术运用到垃圾的智能分类中。用户投放垃圾，当垃圾进入垃圾箱时，
由传送带带动垃圾运作，图像识别模块开始获取信息作为特征，获取图像信息在0.1秒内完成，处理图片信息、识别垃圾种类在1秒内完成，图像识别高效完成，保证后续垃圾的运送工作有条不紊，实现精准分类。
3.2机械装置模块
机械装置包括传送带、活塞等，它们受单片机的控制，在垃圾完成识别分类后，进行垃圾的精确运输投递工作。机械装置由传送带与推进式机械活塞组成，传送带在图像识别模块识别到物体后开始运作，带动垃圾匀速前进；单片机根据获取垃圾标签信息匹配情况后，判断垃圾在对应区域的运动时间内，是否控制活塞进行快速
水管温度传感器推进，以完成将垃圾归属进对应区域。
3.3 单片机控制模块
单片机模块与图像识别模块、机械装置模块共同工作，控制着整个装置有条不紊的进行。CNN 系统高速运行，获取垃圾属性的特征，
与云端数据库模板比对从而进行分类并加以对应标签信息，通过中间件处理后传至单片机。单片机将该信息与单片机库文件里的信息进行匹配。若匹配成功，对应类别机械装置运作将垃圾归属到对应区域中。若匹配不成功，机械装置不运作垃圾自动归属至“其他垃圾”区域中。图像识别模块一直处于待机状态，时刻准备运行。
4.装置功能
4.1垃圾自动识别
本装置利用图像识别技术，产品在制造初期录入垃圾图像信息，存入云端数据库中。数据库中的垃圾根据材料属性分为三类（即可回收垃圾、厨余垃圾、其他垃圾），并设置对应的标签信息。当用户投入垃圾时，图像识别模块扫描垃圾，获取垃圾图像特征，并与数据库文件进行比对，得到分类结果与对应的标签信息后将标签信息反馈于单片机，再由单片机控制后续运作。
4.2垃圾自动分类
该智能分类垃圾桶内部设有3个垃圾分类区域，在传送带运动方向，依次设为可回收垃圾区域、厨余垃圾区域、其他垃圾区域。单片机内存储有每类垃圾对应的垃圾区域信息，当单片机获得垃圾标签信息后，将标签信息与单片机内储存的垃圾区域信息进行匹配，若匹配成功，单片机控制对应活塞运动，将垃圾撞入对应垃圾区域内；若垃圾标签信息与可回收垃圾区域、厨余垃圾区域的信息均不匹配，则机械活塞不运动，垃圾随传送带运动至末端“其他垃圾”区域。
4.3实时检测垃圾桶内储存容量
该装置垃圾分类区域的顶部设有超声波传感器能实时检测垃圾箱的剩余容量，当垃圾箱剩余容量为10%时，超声波传感器向单片机反馈信息，单片机控制垃圾箱不再开门，避免垃圾溢出影响其正常使用，同时提醒清洁人员对垃圾进行及时回收。
4.4自动报警
垃圾桶内部装置中设置有温度传感器，对垃圾桶内部温度进行实时监控并反馈于工作人员，当垃圾桶内部工作温度出现异常时，垃圾桶会立即停止工作，并向工作人员发送报警信号。
5.装置创新点
实现了全智能化的垃圾分类，代表着物联网时代的发展。在功能上满足环境友好型的要求，在体验上提高人们投递垃圾的兴趣，有利于营造爱护环境的社会氛围。装置进行推广的空间大，垃圾分类的种类不固定，可根据环境要求，通过修改单片机内存储的垃圾区域信息与垃圾材料属性的标签信息，完成有效分类。这使得本装置不仅仅适用于垃圾回收行业，更适用于需要物品分类的各个行业中，例如超市需要将各种混杂的物品归类摆放，就可利用该产品，将物品进行分类。
6.结束语
激光测长仪在国家大力倡导垃圾分类的大环境下，智能分类无疑是今后垃圾分类的主流趋势。本设计可适用于依托图像识别的一切智能分类，垃圾分类仅为该设计的一个载体。随着智能化技术的不断发展，依托图像识别的智能分类会得到不断提高。
参考文献
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