智能垃圾分类回收系统

邓栋昊 程正鑫

摘要：随着国内环保意识的增强，我们的生活也越来越提倡垃圾分类。对垃圾分类回收处理，不仅可以使废弃资源循环再生、变废为宝，还可以节约对垃圾进行无害化处理的费用，美化城市街道环境，更可以减少垃圾给环境带来的各类污染问题。针对上述问题，本文提出了一种基于“互联网+”的新型智能垃圾回收系统，帮助人们处理日常生活垃圾、农业垃圾及工业垃圾，提高垃圾回收利用率。

关键词：“互联网+垃圾分类回收”;智能回收;智能环保

1、垃圾分类回收国内外现状

我国是一个拥有14亿人口的国家，由于人口数量庞大，我国每年产生的城市生活垃圾、农田垃圾、工业垃圾数量也极其庞大，尽管大部分垃圾都会统一进行无害化处理，但是仍然有很多地方的垃圾被随意堆放、没有经过处理进行填埋或倾倒入海，这样不仅导致垃圾腐化、气味难闻，而且严重污染了土壤和水源，甚至破坏了海洋生态平衡，使得原本富饶的海底被迫成为了人们的垃圾场，在这样的背景下，许多生物因为误食垃圾而丢失生命的报道已经屡见不鲜。众所周知，人们目前对垃圾进行无害化处理的解决方式主要是高温堆肥、卫生填埋和焚烧等，但是垃圾无害化处理费用并不便宜，一辆普通的摆臂式垃圾车一次大概可以装3-10吨垃圾，而每处理一吨垃圾大约需要一百元到几百元的费用。如果对垃圾的处理不当，将会导致人们大量地消耗各类资源，又大量地生产着生活垃圾、工业废物、医疗废物、植物秸秆等等，垃圾如此恶性循环、周而复始，后果将会不堪设想。

目前国外对垃圾分类和垃圾的可再生利用十分重视，技术已经比较成熟，并在国内的普及度比较高。一些国家和地区还有专门的垃圾处理公司对垃圾进行回收处理，例如，在欧盟成员国，垃圾随意乱倒是犯罪;在美国，垃圾处理公司甚至进入乡村;在日本，如果不按要求进行垃圾分类，甚至会受到处罚。对比之下，中国在垃圾分类这一方面的形势就比较严峻，同时也亟待处理[1]。

该项目研究的目的是通过互联网相关技术，让垃圾得到更经济、更有效、更环保的处理方法，提高全民的垃圾分类意识，掌握垃圾分类的相关知识。该系统不仅可以用于城市的垃圾回收，还可用于教学楼和寝室等公共场所的垃圾回收，改善公共环境。

2、智能垃圾分类回收系统功能划分

该系统采用物联网与互联网二者融合的技术，实现垃圾投放过程的前端感知与服务以及后台的监测与控制。本系统主要运用线上支付平台（如支付宝、微信等）、云服务平台、人工智能、大数据技术、智能垃圾分类可手持终端、智能图像识别、传感器等技术，采用二维码扫描、IC卡发放等方式，进行用户注册登录，以管理用户信息;通过GPS定位技术，对智能垃圾回收箱进行后台定位与监测;通过“互联网+”技术手段，构建一个功能完善的智能垃圾分类回收系统。

垃圾回收机可对塑料瓶、铝质和铁质易拉罐、各类金属、废纸、纸质包装盒、玻璃瓶、农田秸秆、畜禽粪便等进行回收。此系统可用于城市和乡村的垃圾回收处理，运行方式新颖实用，还能提高民众的环保意识。通过分析，系统的功能模块图如下图所示：

垃圾智能回收机设置了若干个箱体，包括金属回收箱、塑料瓶回收箱、铝制易拉罐回收箱、废纸类回收箱、玻璃回收箱、废旧纺织物回收箱、农业废弃物回收箱和有害垃圾回收箱等。这些箱体彼此独立，单独实现垃圾的分类存储，方便后续对不同的垃圾进行加工处理。对于可回收能循环利用的废弃物给出回收价格，后期再利用能产生一定的经济收益。从而从经济效益角度鼓励大众自发的对垃圾进行分类处理，而无法继续回收利用的废弃物（如玻璃瓶、农业废弃物和有害垃圾等）则属于免费回收。这些智能垃圾分类回收箱外侧有高清摄像头及传感器，可以自动识别垃圾种类，回收箱内部有计重器，可自动对投放的可回收利用的垃圾进行称重，并按照对应积分表计算出积分收益，借助支付宝、微信平台可进行积分收益兑换。此外，箱体还有GPS定位、容量检测、温度检测、防水防火防爆等功能，以便后台对垃圾回收箱进行更好的管理，实时监控。

2.1垃圾智慧分类

主要利用垃圾分类回收箱外侧的传感器对各类垃圾进行精细分类，精准投放，并将不同类型的垃圾贴上二维码，投入到不同类别的垃圾箱中，称重计费，反馈到智能垃圾分类可手持终端、IC卡等个人账户上，以供提现。

2.2垃圾智能回收

智能回收机具有接收投入垃圾、智能自动检测识别垃圾种类、塑料瓶易拉罐压扁、自动称重、积分兑换（如支付宝微信支付、打印优惠券等）、爱心捐物等多重功能。智能垃圾分类回收机根据当地垃圾情况可设置多个箱体，可扫码或持IC卡开箱，这些智能分类回收箱可在后台通过大数据等技术实现远程监测箱内容量，当后台人员收到满箱报警反馈时，就可以及时安排车辆对箱内垃圾清运处理。根据垃圾分类和投掷计重情况进行积分奖励，可以从经济效益的角度大大提高市民进行垃圾分类的积极性。

2.3垃圾集中处理

不同区域的垃圾主要种类也是不同的，例如，小区主要是产生生活垃圾，工业区主要产生工业废弃物，医院主要产生医疗废弃物，而乡村主要产生农田秸秆废物，根据地区情况，选择最适合当地的垃圾箱摆放数量，每个区域产生的垃圾可以用垃圾清理车运走进行集中处理。

2.4环境污染监测问题

主要包括实时监测当地土地资源和水资源污染以及监测显示垃圾场附近的空气及重金属污染指标，根据指标分析垃圾处理对附近居民生活环境的影响，从而实现对垃圾处理的改进。

2.5废弃物可持续利用

将不同类别的垃圾运到不同的垃圾处理站，可燃垃圾通过加工后成为肥料，或可用于焚燒发电供暖;不可燃垃圾经过特殊处理后可用作铺路;金属、废纸、铝质易拉罐可运往工厂循环再生;农田秸秆、畜禽粪便可以用来制造农家肥等等，不同类别的垃圾有着自己的去处，使得垃圾能最大程度的变废为宝。

2.6环境保护知识教育

“互联网+垃圾分类回收”的模式非常新颖，通过互联网引导人们进行垃圾分类回收，科普垃圾分类和环境保护相关知识具有重大意义，鼓励孩子们从小养成垃圾分类的好习惯，为环保事业提供可持续发展打下坚实基础。

3、智能垃圾分类回收系统具体实现技术

3.1智能垃圾分类回收系统主要功能模块

实现该系统，主要对以下四大功能模块进行分析和设计：垃圾种类检测模块，该功能由高清摄像头、传感器完成，传感器设置在垃圾分类箱上，通过智能识别检测垃圾种类，实现垃圾的精准投放;云储存模块：当投放垃圾种类与可回收垃圾种类相匹配时，并能自动称重，并计算出价格，分析未来收益，将这些数据和收益积分反馈到智能垃圾分类可手持终端或IC卡上;积分兑换模块：用于用户使用积分兑换物品或直接提现到支付平台;垃圾箱容量后台实时监测模块：定时反馈垃圾箱内容量、高度情况，如垃圾箱容量已满，箱外嵌入的LED会发出报警提示，同时云服务后台也会收到反馈信息，从而保证垃圾能够被及时清运。

3.2智能垃圾分类回收系统硬件主要组成部分

其中，硬件系统包括主控装置、服务器、传感器、电源电路、单稳态触发器，GNU/Linux操作系统，高清摄像头、LED提示灯等等诸多设备，控制电路的特征包含工控一体机、传感器、数据采集卡、微动开关、继电器管控器、磁卡感应器、投递门锁、维护门锁和开关电源等。其提到的开关控制电源、工控一体机和数据采集卡并联在电源线路上，然后磁卡感应器与工控一体机相连，继电器控制器连接在工控一体机上，继电器管控器连接在开关电源上，投递门锁和维护门锁分别连接在继电器管控器的两个输入端上，投递门锁和维护门锁一并连接在开关控制电源上，数据采集卡也连接在开关电源上，传感控制开关也与电源连接上，传感器与数据采集卡相连。该系统各个硬件部位整合，组合成一个整体[2]。

4、对比已有系统和我们的智能系统

4.1已有的智能垃圾分类回收系统现状

已有的智能垃圾分类回收系统分两种情况，第一种情况：把垃圾箱箱体做成不同的颜色（如绿色、黑色、蓝色、红色等等）或者箱体上印有不同标志，以提醒民众各个垃圾箱存放垃圾种类，此方法监管力度低且没有引导大众自觉对垃圾进行分类的措施，常常出现垃圾错投等现象。第二种情况：通过IC卡进行垃圾分类管理，民众用统一发放的IC卡登录系统，完成垃圾分类投放，并获得相应积分，此方法实现步骤过于繁琐，监管力度较低，积分到账效率也较低。

4.2该智能垃圾分类回收系统不同之处

该智能回收机可以直接进行垃圾的检测与分类，系统包括硬件和软件部分，其技术核心包括AI技术及图像识别技术。其中，硬件系统包括主控装置、服务器、传感器、电源电路、单稳态触发器，GNU/Linux操作系统，高清摄像头、LED提示灯等等诸多设备，组装后构成整个系统。机器在运行过程中，通过桶箱外侧的高清摄像头及辅助传感器获取垃圾图像，分析垃圾种类（射屏识别），并将不同垃圾精准投放。

5、结语

本论文所设计的智能垃圾分类回收系统融合了人工智能、物联网、互联网等多项技术，实现垃圾投放过程的前端感知与服务，以及后台的监测与控制。并通过理论学习电脑模型、桶箱外侧的高清摄像头及辅助传感器，可以实现系统对视觉的分拣控制，能够按照不同垃圾的大小、形状、颜色、不同材料等进行区分。人工智能化垃圾分类回收将人工智能技术应用于环保领域，符合国家政策发展的趋势，也相应了国家的号召。通过不断地学习与修改模型，可以将系统转变为其它类型的智能应用系统，例如智能物流分拣系统等，可复制性强。

参考文献：

[1]国内外垃圾分类现状及研究现状.http：//blog.sina.com.cn/faweilin.

[2]杨会玲，叶利华等.智能垃圾分类系统的研究设计[J].电脑知识与技术，2020（2）：261-264.

项目基金：汉江师范学院2020年省级大学生创新训练计划项目资助，项目编号为S202010518026X。

第一作者簡介：邓栋昊（1999年12月），男，湖北钟祥人，汉江师范学院软件工程专业本科在读。研究方向：互联网移动开发。

第二作者简介：程正鑫（1999年11月），女，湖北随州人，汉江师范学院软件工程专业本科在读。研究方向：互联网移动开发。