简介：
本文介绍一种运用物联网技术解决垃圾回收问题的智能垃圾桶，它主要运用影像监测，智能分类，程控、传感等技术，使垃圾分类进入相应的垃圾箱，并将运行状况反馈到环保信息部门，有利于环卫部门更好地科学化管理。
关键词：物联网 影像监测 智能分类 垃圾桶
（一）研究意义：
随着人们生活水平的提高和物产品的丰富，所产生的生活、工作垃圾的数量、种类也越来越多。我们现在常见的垃圾桶，虽然将可回收垃圾和不可回收垃圾分装，但仍然存在不少的不足：第一、匆忙行走的人们大多没有认真去区分哪个是可回收垃圾桶，哪个是不可回收垃圾桶，不管什么垃圾都是随便挑一个桶往里面一扔了事；第二、很多垃圾袋里都是可回收和不可回收垃圾混装，根本不知道该往哪个桶里放；第三、在可回收垃圾桶内，不能更进一步地区分各种不同材质的垃圾，运到垃圾回收站后，仍然需要大量的人力、物力来进行二次分类。为了更好地科学化管理，减轻环卫部门的工作强度，减少可回收垃圾的浪费，我们研究设计了这种新型的垃圾桶－－－自动分类智能垃圾桶。
（二）研究现状：
2012年11月14日，上海工程技术大学学生设计的自动分类垃圾桶正式亮相。该款垃圾桶利用不同垃圾材质有不同介电常数的原理，设计了一个垃圾分离器，能对金属、玻璃、塑料、不可回收垃圾自动分类，准确率高达90%。
2013年11月27日，北京试点智能分类垃圾桶出台。这种垃圾桶的特色是在桶上装“锁”，只有配套“钥匙”才能将它打开。而“钥匙”就在特制垃圾袋上。居民可免费领取两种贴有二维码的分类垃圾袋，按照要求分类收集垃圾。垃圾桶正中间有一个2寸照片大小的小屏幕，只要将垃圾袋上的二维码对准屏幕轻轻一扫，所对应的分类垃圾桶就会自动解锁。垃圾被扔进桶后，小屏幕还会显示这袋垃圾的重量。贴有二维码的垃圾袋按户发放，管理平台可以通过二维码追溯这户居民垃圾投放的次数、时间、重量等信息，做到垃圾投放可追溯，便于垃圾分类和减量的精细化管理，也可以成为居民参与垃圾分类与减排评比和奖励的依据。
以上两款自动分类垃圾桶对垃圾的自动分类都有很大的帮助。但第一种垃圾桶未能建立与环卫信息平台的联系，不便于环卫部门的监控管理；第二种垃圾桶仅适用于居民区，不便于在路旁、广场等公共场所大批量投放，且仍未能解决可回收垃圾需二次分类的问题。
（三）研究方法：
在查阅大量文献资料、开展大量社会调查后，利用影像学、信息学、机械电力学及程控、传感等技术，经过反复论证，设计出自动分类智能垃圾桶。
该桶整体外形为圆柱形（图1），最底部为电源，可连接地下电缆或利用太阳能电池板供电。顶盖表面有窗口形显示屏，用于提醒人们该垃圾桶是否装满，能否继续往里扔垃圾。同时在箱身上给垃圾桶编号，方便环卫工人及时收走垃圾。
图1
内部结构：顶盖板内面装置有智能操作集成系统（图2），包括单片机、通信模块、电路控制、程序控制、摄像头传感器、金属探测仪、LED照明灯、与环卫信息部门的联通集成装置等。摄像头传感器用于拍摄垃圾实物，LED灯则是用于照明，由于垃圾桶内太暗，在桶盖上装上照明灯后，摄像头便能拍出清晰的图片。
图2
图3 图4
垃圾桶内层（图3），高约1m，底为一半径为0.3m的圆。主体为一五格分类箱，可分别储存纸质类、金属类、朔胶类、无用的废弃物和无法分类型垃圾。前面三种不用多说，无用的废弃物多是一些果皮、菜叶等，而无法分类型垃圾箱装的则是一些无法识别或无法无法拆分的垃圾，比如在塑料瓶内塞了纸等，此类垃圾需要清洁工来收走垃圾是进行人工分类。每个垃圾箱下部都开有一个小门，这是在清洁工来收走垃圾时打开，让垃圾出去的。上部是一部分倾斜的弯折扇形，五个隔间组合在一起正好构成一个倒五棱锥。在倾斜面的背部与垃圾桶外壁间连接一弹簧（图4），当有垃圾进来时，通信模块通过Zigbee/2G/3G网络将信息发送到指挥中心，指挥中心控制电路开关，使弹簧压缩1s，阀门打开，垃圾进入，弹簧恢复原长，阀门关闭。五个隔间距顶部1／5处都装一个红外线传感器，当垃圾桶内容物储存到一定饱和时，红外线传感器感受到垃圾过多，阀门关闭不再开启，同时顶盖上的显示屏出现“已装满”等提示字样。提醒路人，该垃圾桶已满，请另择桶扔垃圾。通信模块即向周围的环卫工人发送信息，告诉他们几号垃圾桶已装满，通知他们过来收走垃圾。 底部则有一高约0.1m的液体储存箱，用一铝合金滤网将其隔开。滤网密度应比较大，使液体能流入下方的储存箱，而一些小固体能被拦截住。箱底连接排水管，可接入桶外下水道，使垃圾桶内部的液体能及时排出。
垃圾进入桶内被倒五棱锥所挡，摄像头拍摄照片，传送图像至服务器，配合相应传感器感知，识别垃圾类型，控制相应阀门开启，垃圾进入储存箱，累计一定量后被环卫工人收走。整个过程及状态均由信息装置传入环卫信息中心，构成了散置各处的垃圾桶与环卫管理部门之间的物联网工程。
在垃圾桶整体的用材上，个人认为可以用磷镁土板材，这种材质本身的重量轻，且它同时具有防水、防火、防震、防腐蚀的功能，还有保温隔热的作用，这样在冬天的时候也能较好的保护它内在的电路。价格也比铝合金、钛合金的便宜，市价从65元／㎡到150㎡不等，可节约成本。
（四）研究难点：
1、垃圾进口处的设计，使得这种垃圾桶一次只能处理一个垃圾，若有多个垃圾同时进来，则不方便分类，可能还需要机械臂等辅助分类。
2、若进入的垃圾过大，不能完全掉入分类箱，正好卡在阀门处，可能造成系统故障，需要及时处理。
3、如何保证处于露天状态下的智能垃圾箱的使用寿命及安全性？
4、如何精简程序，降低成本，利于普及？
（五）试验改进：
这种垃圾箱最适用于街道、公园等公共场所，在大量试验后，根据不同种类垃圾产生的多少，需适当调整五格分类箱的比例，保证垃圾箱的平均容纳量。
这种自动分类智能垃圾桶的诞生，沟通了垃圾桶与环卫部门之间的远程监控，实现了真正意义上的物联网工程；对于减少可回收垃圾的浪费，减轻环卫人员的工作强度，有利于环卫管理部门更科学化的管理，起到了重大的作用；经进一步实验、改进后，具有极大的推广价值。
作者简介：牛清瑶（1995.07.11–），女，湖南邵阳人。现就读于吉林农业大学信息技术学院 2013级 物联网工程专业。电话：15764381269 QQ：799257584 E-mail：799257584@qq.com 座右铭：子非鱼，焉知鱼之乐！
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