基于传感技术的智能垃圾分类处理系统的设计

吴茜茜1,王思泉1,王翼程1,周璇1,彭天杲2

摘要：随着我国经济的不断崛起，环境问题日益受到关注，而垃圾的分类处置则是其中的一个重要问题。目前，市场上的垃圾分类设备仅能起到表层的作用，但存在着单一化、缺乏亲和性等特征，部分商场内的垃圾分类设施设置不明显、不合理、垃圾分类不规范、垃圾投放引导不及时、人员随意丢弃垃圾，造成环境脏乱差。本课题所开发的传感技术智能垃圾分类系统可以很好的解决上述问题，既可以改善购物中心的内部环境，又可以指导人们正确的投放垃圾、无触点投放更加安全，符合防控要求；通过传感器的检测，可以及时地向用户发送状态，降低垃圾存放时间长、清理不及时等问题。

关键词：传感技术；物联网技术；智能垃圾分类系统

一、系统设计

系统包括三个垃圾箱本体，STM32主控，物联网模块，定位模块，环绕 OLED显示屏，数据存储模块，电源模块，各路传感器和操纵仪等。在三种类型的垃圾箱主体中，各装有舵机、红外感测器和称重感测器。其中，红外线感应装置用于探测有无物品在上面或下面的桶里有无杂物溢出来；操舵机构主要负责对垃圾桶的开启闭进行操作；将重力感应器置于料筒底部，用于监控料斗的重量及状况的改变。结构如下图1所示：

 

图1 系统总体结构图

2硬件设计

2.1定位模块

在购物中心，卫星信号受到严重干扰，或北斗系统不能进行定位，因此，它主要是利用无线通信、基站定位、惯性导航等技术，形成一套室内定位系统，对室内环境进行定位。UWB定位模块的室内定位与卫星定位基本相同，它是由4个具有固定坐标的基站来完成，而装置则带有一个定位标记。通过定位模块，可以让工作人员将垃圾桶清理干净，并根据红外线感应器的数据，预测出相应的人流，通过人流量进行广告投放。

2.2传感模块

该传感模块内置于垃圾处理设备中，可与无线网络进行数据的接收与传输。该设备使用 ZigBee模块进行通讯， ZigBee是一种具有多种无线数据传送模块的无线数据传送平台，每个 ZigBee模块能够在特定的区域进行通讯，具有能耗低、成本低、速度快、安全可靠等优点。

2.3数据存储模块

数据存储器在通信、控制、医疗等方面有着广泛的应用，它能采集和记录实验测试和系统运行时所产生的各种信号和数据，并将其传送给使用者。本系统采用外部数据存储模块，实现了对广告信息的远程存储和替换，并将垃圾桶使用次数、状态等信息纳入数据库，方便了后续的分析和研究。

2.4环绕式OLED显示屏

环绕 OLED显示屏是一种覆盖在垃圾处理机主体上的柔性 OLED显示屏，360度无死角显示，并将所需要的广告导入到物联网中，全天24小时不间断地播放，从中赚取广告费。同时，在使用者投掷垃圾时，萤幕上会出现「入桶」的影像，并会呈现所弃垃圾的种类，以进行规范的指引。使用者亦可登陆云端平台或扫描设备的二维码预约广告位，经审查后可播放所选广告内容。这种 OLED屏幕为传统的垃圾分类产业带来了更多的技术和利润，可以解决目前的生活垃圾处理设备，只是一种消耗品。

3软件设计

3.1定点投放，广告互动

为改善商场垃圾分类设备的成本效益，本设备使用垃圾桶外罩环绕 OLED屏幕进行广告，主要是利用垃圾处理机自身的二维码进行定点投放，并利用微信应用软件进行远程操控。微信是近年来非常受欢迎和便利的一种快速应用，它根据用户群的不同，无需下载和安装，使用起来更方便，所涉及的技术有 JavaScript, WXML, WXSS等。点击广告投放的过程见图2，通过扫描二维码，输入微信小程序，完成相关的广告制作，并将其展示在 OLED屏幕上，在提升视觉效果前提下，使产品性价比升高。

图2 用户投放流程

3.2云端控制，精准定位

该设备中定位和传感等终端结点，主要是利用 ZigBee协同程序对所收集到的数据进行分析，然后在购物中心的控制端进行实时的展示。通过 UWB定位和 ZigBee的无线通讯功能，为用户提供在购物中心的实时报警，并利用 UWB的数据对已经装满的垃圾桶进行准确的定位，从而提升工作效率。同时，利用 ZigBee技术，利用串行通讯将指令发送到下端，完成了对垃圾箱的调度。位置管理的主要任务是对设备信息的完整性进行检查，并对所放置的垃圾桶信息进行编号存储。系统会依据垃圾分拣设备的充填状况，通知各购物中心的管理者进行处置，并将其准确的地点展示在控制终端上，然后工作人员亲自去进行处置，从而大大降低了工作效率和人力资源的浪费。

3.3规范引导，安全可靠

针对超市内的流动人口不合理的情况，本文设计了一个类似于上图的垃圾分类指引程序，即通过红外线感应器探测到附近居民的情况，自动将相应的垃圾分类资料展示给商场的工作人员，并将其投放到相应的垃圾桶中。垃圾桶采用可视化的 OLED显示屏来完成投放等，如垃圾桶不装满，在 OLED显示屏上会出现垃圾分类的提示和目前的垃圾桶的用法；当垃圾箱装满时， OLED萤幕会将邻近类似的垃圾箱的资讯呈现出来。本产品采用全过程不触碰的智能化垃圾桶，具有较高的安全性和实用价值。

图3 垃圾分类流程

结论：该系统采用传感器技术，可有效地处理垃圾不及时、复利现值低的问题，并通过自身的优点，提高了多个盈利点，指导人们正确、规范的扔垃圾，并能实时监测、用户自如投放广告等，具有高效率、高回收率、美观实用的特点，有一定的推广和使用意义。

参考文献

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