摘要：基于公共场景的智能分类垃圾桶可应用于公园、园区等场合，有着很大的应用需求。本文设计并实现了一种智能分类垃圾桶，使用Jetson nano作为控制中心，可实现有害垃圾，厨余垃圾，可回收垃圾，其他垃圾的自动分类投放，垃圾满载自动报警，以及人机交互和宣传视频播放的功能。
关键词：垃圾分类，智能识别，自动分拣
0 引言
近几年，垃圾分类受到了社会舆论高度关注，成为社会热点。我国垃圾处理厂中垃圾分类多采用人工流水线分拣方式，该方式劳动强度大、效率低，远不能满足我国资源回收利用的发展。在垃圾分类领域，高价值废品的回收再利用是一个同时具备商业价值和社会价值的项目。智能垃圾桶普及度高，可靠性好，实用价值高，拥有广泛的应用前景[1-3]。
在公共场景中，比如公园、园区等场景中，投放的垃圾一般为易拉罐、塑料瓶、电池、果皮等，同时与其他场景不同，公园、园区等场景可充分利用垃圾箱的设备资源，进行环保视频
、广告、通知等内容的播放，将环保与宣传、经济效益相结合。
基于此，我们设计了一种针对公共场景，比如公园、园区等场景的智能分类垃圾桶，采用深度学习图像识别技术，当在垃圾投放口放入垃圾，机器顶部摄像头会捕获目标，进行垃圾类别识别，桶内舵机收到相应信号转动至对应垃圾格口，完成垃圾分类。为防止垃圾溢出，配有垃圾满载检测装置，当格口垃圾超过四分之三时，提示对应垃圾格口满载。并且垃圾桶外侧配备显示屏，将环保与宣传、经济效益相结合。
1．垃圾识别算法
垃圾分类的模型训练部分是基于深度学习框架Tensorflow，采用的是迁移学习的方式。因为迁移学习的方式简单好用易上手，能够解决模型训练所需的算力问题，最重要的一点是将已经训练好的模型的特征参数用来训练我们自己的自制的数据集能够优化模型参数进一步提高模型的精度[4-5]。 本次选用的模型是谷歌团队提出的MobileNet网络，使用的v2版本，模型的优化器是adam优化器，损失函数是交叉熵损失函数。因为相比较其他网络来说MobnileNet是一个轻量级
跳线帽的网络，虽然准确率降低了一点点，但其模型参数和运算量大大降低了，精度大概下降了0.9%，但是模型大小仅为1/3。MobileNet是适合将模型部署在移动端和嵌入式设备的轻量级网络模型，对算力，内存要求不高的同时功耗也相对较低
模型训练的数据集的设置是分为四大类分别是有害垃圾，厨余垃圾，可回收垃圾，其他垃圾。先收集四种种类垃圾图片，再进行图片标注工作，选取MobileNet V2预训练模型，在配置好的训练环境下进行模型训练，冻结训练好的模型，导出冻结模型，测试模型效果。
2. 机械控制和满载报警系统设计
控制系统使用数字舵机，以Jetson nano开发板作为控制中心，基于Linux下的Python进行控制联动，旋转投放系统主要由两个舵机构成，舵机1控制左右旋转，负责将分类好的垃圾旋转到指定角度，到对应位置垃圾桶，舵机2控制上下旋转，负责将垃圾投放到垃圾桶内，两个舵机通过舵机驱动板直接控制，舵机三根线路直接插入驱动板上十六个接口的0口和1口，通过Jetson nano 主板的I2小麦磨粉机C 接口连接舵机控制板输出PWM控制信号控制舵机旋转。
满载报警系统使用光敏传感器，红外发射器和有源高电平触发式蜂鸣器组成，红外发射器
发射激光，光敏传感器接收红外光，代表垃圾桶内余量充足，反之，垃圾桶满载，垃圾桶满载，蜂鸣器就会自动报警，提醒清理桶内垃圾。光敏传感器，红外线发射器，蜂鸣器的接地线（GND）和供电（VCC）都接到Jetson nano的40PIN兼容引脚的5V供电和GND接地，Jetson nano主板提供官方GPIO口控制信号输入输出。Jetson nano引脚有四个规则定义方式，这里采用BOARD，信号线则是接入以BOARD规则定义的引脚排序方式的7,11,13,15这四个引脚上，因为GND和VCC的接口不多，所以使用一个GND和一个VCC引出多个接线解决问题。
3前端显示及GUI设计
对于智能垃圾箱的前端显示及GUI设计，采用PyQt5进行制作。
GUI制作方面：
1.界面布局，本系统含有两个界面，开机界面和垃圾检测界面，其中垃圾检测界面为主要界面，界面包括返回、关闭按钮，检查摄像头、开启检测界面按钮。
2.界面美化，通过Qt样式表qss来实现界面、控件的美化，使用setStyleSheet函数来调用q
ss文件，使用qss可以实现页面美化和代码层分来，方便维护。
液态金属机器人项目功能方面：
1.摄像头检测，使用opencv来调用摄像头，设定一个定时器，每隔30ms读取一张图片显示在QLabel控件上
2.垃圾检测，调用openvino和优化后的IR模型文件进行垃圾检测，并将检测结果显示在检测窗口的QLabel控件上
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3.满载检测，使用激光传感器，当传感器信号发生变化时判定垃圾满载，弹出垃圾满载提示框。
4.播放宣传视频，当垃圾箱摄像头未检测到垃圾时，判定垃圾箱未使用，在屏幕上播放垃圾分类宣传片。
4 结语
本文设计并实现了一种智能分类垃圾桶，使用Jetson nano作为控制中心，可实现有害垃圾，
厨余垃圾，可回收垃圾，其他垃圾的自动分类投放，垃圾满载自动报警，以及人机交互和宣传视频播放的功能，可应用于公园、园区等公共场景。
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