机器智能垃圾分拣箱的设计

张祎

摘要：随着社会的发展，垃圾桶的使用量大量增加，为了满足人们日常生活垃圾处理的需要，城市中建设了越来越多的垃圾桶、垃圾转运站和填埋处。许多地方的垃圾桶都存在着数量多、分类差、处理慢等问题。人们在扔垃圾时也不会主动将垃圾分类处理再扔出去，甚至将有害垃圾和可回收垃圾混在一起进行处理。本文设计一种基于机器智能的垃圾分拣箱。该系统通过51单片机为主控芯片通过机器视觉模块进行垃圾分类，红外扫描模块进行检测垃圾箱内的容量情况，压敏模块进行质量检测，GPS定位模块可以自动识别垃圾箱位置。该垃圾分拣箱具有方便可靠的特性，有效的提升了垃圾分类的效率、降低资源浪费情况。

关键词：垃圾分类;人工智能;人机交互;保护环境

一、研究背景

随着社会的发展，生活垃圾问题已经逐渐成为中国最严重的社会公害之一。近年来，公共场所的垃圾不能很好的分类收集转运填埋，已经造成了很严重的环境资源浪费和市容问题。所以，目前迫切需要一款智能垃圾分拣箱，来辅助人们进行垃圾分类，从而对改善环境问题和资源浪费问题。为了准确提升分拣箱的性能，我们对现有的垃圾箱进行了调查分析，发现相邻的俩组垃圾桶不会超过100米，可以看出垃圾桶在人们日常生活中非常重要;并且一组垃圾桶会包含俩个左右的垃圾桶，分别为可回收垃圾和其他垃圾，但是对垃圾分类的效果并不明显。所以设计一款可以自动识别垃圾种类的垃圾分拣箱，很有必要。

二、机器智能垃圾分拣箱总体设计

本次设计定位在小区内，系统在51单片机内开发。智能垃圾分拣箱设置了七个箱体，分别是金属回收，废弃塑料回收，纺织物回收，易拉罐、塑料瓶回收，纸类回收，玻璃回收，有害垃圾回收。其中，金属、废弃塑料、纺织物、纸类、易拉罐、塑料瓶属于可回收垃圾，玻璃、有害垃圾则属于不可回收垃圾。这些智能垃圾分类回收箱可以对投放物品进行自动计数和称重并计算出收益，还拥有智能自动识别GPS定位、满桶警示灯、容量检测、重量检测等功能。机器智能垃圾分拣箱流程图如下图所示。

三、智能垃圾分拣系统硬件设计

3.1金属传感器模块

金属传感器模块为智能垃圾分拣系统的检测模块之一，该模块是通过金属传感器进行检测，判断该物体是否为金属物品，如果是，则会亮指示灯示意;该金属传感器的工作原理是在振荡器中会产生交变磁场，金属垃圾内产生涡流就会使金属振荡器减弱，直至停止振荡。这个从振荡到停止振荡的过程让后级放大电路转成了开关信号，从而检测到是否有金属类垃圾。使用的是LJ2A3-4-Z/BX电感式金属接近开关传感器，该传感器具有体积小功耗低，应用方便，稳定可靠等优点。

3.2 透明度传感器模块

透明度传感器为智能垃圾分拣箱的检测模块之一。 该传感器采用红外对管，用于识别物体透明度，检测是否为塑料、玻璃类垃圾。当塑料、玻璃类有透明度的垃圾进入红外对管传感器的检测范围时，红外对管的发射端发射光束，接收端来接 收光束，接收端判断收到的光线亮或不亮，以此检测塑料与玻璃类有透明度的垃圾。透明度传感器还用于检测每个垃圾桶是否已满，如果装满则通知工作人员来处理垃圾。该透明度传感器具有采用红外光源检测精度高的特点;供电电压范围宽，保护电路齐全，非常安全;反应时间极短，能快速检测。

3.3湿度传感器

湿度传感器为智能垃圾分拣箱的检测模块之一。用于对水果、厨余垃圾等进行检测，通过检测该垃圾是否有含水分来验证是否为厨余垃圾。该检测采取接触式检测，以达到测量更为准确的目的。该传感器部分设计有可调变阻器，可以通过调节该变阻器来调节湿度的阀值。

3.4 GPS定位模块

GPS定位模块检测垃圾桶的位置，并将GPS定位信息上传到服务器端。并且实时上报位于的位置，防止将垃圾分拣箱挪动后寻找不到该系统通过 RS232 通信，垃圾检测信息上传至服务器端。

四、太阳能供电模块

近年来，国家大力提倡绿色能源，所以本设计使用了太阳能供电，将太阳能板搭配12V蓄电池的方式为整个系统供电。太阳能板放在垃圾分拣箱的顶部，并且可以自行旋转，寻找最合适接受太阳光的位置，从而提高发电效率。转化后的电能可以存在箱体内部的底下。既可以使箱体重心降低，还可以提高整个箱体的稳定性，避免被大风刮倒。

五、创新特色

1省时省力。智能垃圾分拣箱实现了减少人们主动分类垃圾的顾虑，可以将垃圾准确的放入对应的垃圾箱内。

2管理方便。在使用后，环卫部门可以将垃圾分拣箱直接进行投放管理和运输，不需要再进行过多操作。

3科学可持续性。使用垃圾分类后，可以大大提高可回收垃圾的使用效率，降低环境污染问题，符合现在的可持续发展理念。

结束语

本次课题中的垃圾分拣箱是以51单片机为控制器，充分考虑小区内部设计原则，提升了现有垃圾箱的功能，使设计更符合智能化和环境保护的要求采用太阳能供电的设计更加体现了对环保的态度。以压力传感器和红外传感器为主要传感元件，制作成的一台多功能智能垃圾分拣箱。通过上述这些功能以模擬未来智能垃圾分拣的发展思路和方向，通过对课题遇到的问题进行反复的思考和论证，最终得出解决方案。其技术含量相对较低但是其对个人的帮助和影响是很大的。通过这次课题的制作，对硬件的认识和对有关于智能垃圾分拣领域的认识是很大的。关于箱体硬件带来的收获也是很大的，箱体的硬件电路中包括了供电电路等传统的基本电路知识，这对于大学本科所学的专业知识是一个很好地巩固机会。除此之外，通过对智能垃圾分拣各个模块的程序调试，对c语言的认识上升了一个层次，有关于数组与指针方面的学习是在课本上很难学习到的。总的来说智能车测距和测速模块的调试时是这次课题的难点和重点，相信通过此次学习，我们都能在专业能力的掌握上有了更大的进步，对于未来的学习又少了更多的迷茫，也相信对于此次课题的问题上今后会一一解决，完美完成课题研究。