基于大数据的智能分类垃圾箱

李春阳 吴明福 李雨桐 李晓清 孙晓梅 罗文汕

（1、吉林化工学院，吉林 吉林132022 2、江西师范大学科学技术学院，江西 共青城332020）

背景：垃圾分类处理一直以来是行业痛点，随着人口数量的增加，垃圾的产量也急剧增多。在人流量过大地区，清洁人员垃圾处理不及时，导致垃圾堆积成山，恶臭外溢等现象，同时这也对城市的进程和人们的生活环境造成了很大的影响。但如果从源头直接将垃圾进行分类就能够减少重复作业从而提高效率。目前，市场已推出可分类垃圾箱，但需人工将垃圾投入相应分类口，部分人群不清除垃圾分类的要求和方法，还经常会出现乱投放、投放错的现象；一些带盖的垃圾箱还存在着开盖不便的问题，用手打开时也会使手沾染细菌等。

项目简介：我们制造了一款集多项功能于一身的智能垃圾箱。他的主要构架包括左右两个区域，右侧用于回收矿泉水瓶等相应的塑料瓶。左侧用于垃圾的分类处理。左侧箱体内分为三个部分，每个部分用于存装不同的垃圾。垃圾分类的关键技术是建立在大数据的云计算之上，智能芯片的信息存储系统是整个垃圾箱的核心，进行分类数据分析从而分类，同时加上重力矢量模块可实现垃圾的准确分类。内部装置运转是以机械设计为基础。基本构件：a.供能模块- 太阳能板吸收光能后转化为电能和机械能，为装置机械运转提供能源；b.分类模块- 基于代码数据库，芯片识别废弃垃圾并进行垃圾分类处理；c.通信模块- 当垃圾箱内的废弃垃圾达到一定质量时，此时就会向手机发送信息或者向小程序的终端发出提示指令。d.照明模块- 用LED 灯取代传统的路灯，可以达到反应速度更快，并且具有单元体积小而且更加清晰，更具有安全可靠性、更易识别的优势。

供能模块：供能模块包括太阳能电池板、变压器、锂电池、以及其他化学成分组成，太阳能电池板实现24v 电压，给锂电池充电，作为储备能源。垃圾箱进行的分类，照明，无线通信，机械运转等工作所需要的能源主要由太阳能板供能模块将太阳能转化为电能，转化的电能通过变压器变压后输出，减少电能的消耗和损失。太阳能供能模块转化的电能一部分用于体系运转，另一部分储存到锂电池中，提供充足的电能储备，同时变压器可以节省垃圾箱工作所消耗的电量，以便在长期阴雨天中垃圾箱也有足够的电能进行工作。

图1

图2

分类模块：当投放垃圾时，垃圾被投放到环形阶梯式跑道装置中，环形阶梯跑道上部装有智能主芯片（将废弃垃圾进行图片模拟分析处理，之后再将图片转换为相应代码保存到芯片的数据库中），智能芯片会通过扫描垃圾并转化为数据库中的代码进行读取和分类，智能芯片中我们所导入的数据信息是根据垃圾箱使用的地点，使用的方式，使用的领域以及多方面不同的因素而导入的各类废弃垃圾图片代码，智能芯片将会对所投放的废弃垃圾图片与数据信息库中的代码进行对比，如果该垃圾符合此类垃圾箱，智能芯片将会作出相应的反应，传出电信号，将环形阶梯这的一部分打开并将垃圾投入到用碳纤维隔离三个扇形桶中的其中一个，进而实现垃圾的合理分类。

无线通信模块（原理如图1）：分类垃圾箱底部装有重力传感器及信息传输系统，当垃圾达到一定数量极限时，使垃圾箱底部的重力传感器产生作用，重力传感器会传出电信号到主芯片，同时主芯片中的定位系统也会输出电信号，主芯片将电信号进行分析后，转化成光信号，通过光纤传输到无线通信模块。无线通信模块中的ZigBee 装置会将电信号进行读取和分析，编辑成发出特定的信息指令到垃圾回收站中工作人员手机中上或者传递到手机终端的小程序或是app 上，工作人员就会根据所收到信息，到指定的地方清理垃圾。

照明模块：照明装置会根据光线的明亮程度作出反应，当光线达到照明装置所设定的条件时，光控开关被激活，照明功能启动。蓄电池（太阳能板所吸收的光能少部分被利用，绝大部分储存在蓄电池中）将为LED 光源提供电能支持。在夜晚照明道路的同时，也可以让人们找到垃圾箱的位置上，光线可实现远距离照明，同时当有人走进垃圾箱附近扔垃圾时，灯光的亮度就会相应的减弱，这就避免了强光对人眼的损伤。垃圾桶光亮的另一个优点是可以很好的帮助大家在夜晚扔垃圾时找到垃圾桶的位置，远距离清晰可见，近距离也不会刺激双眼。

装置设计：整个垃圾箱（如图2）的核心设计，我将从以下四个方面对我们的智能分类垃圾箱的基本构架、工作原理以及运转机理等主要内容进行简单的概述。a.外形设计：垃圾箱的外观主要是根据功能和用途以及方式类别分为左右两个部分，左右式的分类处理利于垃圾的有效合理分类，左侧用于垃圾分类，右侧用于矿泉水瓶等塑料瓶的存储。垃圾箱左侧内部设置了三种分离式的分类结构，会根据垃圾的类别进行选择，在上部我们加入了环形跑道式的结构，目的是为了把不同质量的垃圾进行分离处理，环形跑道的上方是我们的智能芯片安放位置，依据大数据的云计算做出分类，在此处位置时，垃圾箱的左右两侧应处于同一高度，在整个垃圾箱的顶部安装了我们的光伏太阳能板，用于对整个系统的供能作用，这是垃圾箱基本结构。b.分类设计：垃圾箱的两侧是对于整体要求的分类，在右侧主要为矿泉水瓶等塑料瓶的分类处，同时我们在右侧垃圾箱的右边设计了滑板式的开关系统装置，这样对于取出瓶子更加的方便，更加便捷，提高了工作的效率，同时也方便回收类似于矿泉水瓶的塑料瓶。左侧为装置的核心部分，对不同的垃圾进行分类投入处理。c.运转机理：整个装置的核心技术在于左侧垃圾的分类以及分类机制的运转处理，当有垃圾被扔进垃圾箱时，首先垃圾会掉落在我们的圆环滑梯跑道上，此时的跑道会接受到智能芯片发来的信息开始转动，垃圾也会在跑道上随之开始转动，以重力矢量的方式将垃圾进行分离，就可以保证垃圾不会停靠在一起，环形跑道运转的同时，智能芯片将会开始工作，对不同的垃圾进行识别，起到分类的作用，只有当垃圾口（三个隔断垃圾口的任意一个）——废弃垃圾——智能芯片的讯号处于同一位置频率时，环形跑道便会像手掌似的张开，对应的垃圾就会掉落到指定的垃圾箱体内。通过这样的处理方式将会大大的提高垃圾的合理分配的准确性以及高效性。d.箱体内部：箱体的内部分段层采用软性材料加上碳纤维和树脂等其他的化学成分共同制成的，这样的做的原因就是为了保证左侧箱体内不会出现某一个隔断的垃圾箱满了就需要去整理的过程，减轻了工作量，同时更加方便快捷。在左侧的箱体内可自由伸缩，自由变换大小，垃圾箱的内胆与普通垃圾箱的取出采用的是相同的方式，但是我们在此基础上改变了箱体内部的结构，加入了我们的工作方式，更加方便了工作人员的拿取。

结束语

垃圾分类是一项很大的行业痛点，目前市场上几乎处于空白状态，我们将采取最新的手段：数据链接- 重力矢度- 垃圾分类- 信息通讯，进行垃圾的合理分类以及配上多项功能打造新一类智能垃圾箱。结合多项功能于一身，可实现在不同的区域、不同的形式下以及不同城市的应用。我们相信在不久的将来，我们的智能垃圾箱将会取代现有的垃圾箱，用我们的创新灵感与实践意识还环境一份美好。