基于ARM架构智能引导垃圾分类回收站的设计与分析

张驰 张红妍 孙涵

摘   要：随着人们生活中每天都产生大量的生活垃圾，垃圾分类处理势在必行。但是当下总会暴露出垃圾分类无效、人们分类意识低、分类后的垃圾得不到有效的处理等问题。针对这些问题本文提出了一种在物联网技术的加持下基于ARM架构的智能引导垃圾分类回收机制，取代了原有的传统垃圾回收机制，提高了人们的分类意识、垃圾分类回收的利用率。

关键词：垃圾分类  物联网  智能回收

中图分类号：X705                                  文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2020）02（b）-0104-03

Abstract： With the daily production of a large number of household garbage， garbage classification is imperative. But at present， there are always some problems， such as invalid garbage classification， low classification awareness， and ineffective disposal of classified garbage. In order to solve these problems， this paper proposes an intelligent guided garbage sorting and recycling mechanism based on ARM architecture under the support of Internet of things technology， which replaces the traditional garbage recycling mechanism and improves people's classification awareness and garbage sorting and recycling utilization rate.

Key Words： Refuse classification;Internet of things;Intelligent recovery

随着人类社会文明的发展与进步，人们生活中每天都会产生大量的垃圾。而这些垃圾却像是存在于人们生活中的一个定时炸弹，时时困扰着人们的生活。每一代城市的领导者都无不思考着如何解决这一问题。而如今这个问题却迟迟未能得到很好的解决。随着城乡居民生活水平的不断提高。日常分类垃圾处理的问题受到人们广泛的关注。当前，我国城市每年产生上亿吨的生活垃圾，人均产生的垃圾量约近百公斤，而且增长势头不减，近几年正在飞速的增长中。

据有关资料显示，我国的大多数城市近三分之二都是被垃圾所“包围”，严重威胁了人们的生活质量。而其中存在一个很大的问题是，人们在日常生活中不能有效的进行垃圾分类，从而导致垃圾的回收与摆放脏乱无序，街道上到处存在垃圾。

而本文就这一问题进行了深入研究，通过物联网技术构建一套基于ARM架构的针对垃圾回收分类的系统，取代传统分类垃圾箱，替代传统回收方式，使城市传统脏乱的垃圾回收站减少;培养人们环保意识，使更多的人参与到垃圾分类处理的事业中来;减少我国垃圾对空气环境的污染，让人类社会更加绿色、环保。

1  硬件设计

智能分类回收垃圾箱主要投放在人们日常生活中的主要公共场所，是一款能够帮助人们有意识的对垃圾进行分类投掷，并且通过根据所投放垃圾的价值进行奖励的分类回收垃圾箱。其主要功能包括用户交互、投放监控、投放检测、日常运维。箱体机械部分主要包含红外检测模块、高度检测模块、舵机模块、电源模块、自动开光盖机械模块等其他主要部件有限元模块。整体将采用物联网技术实现App—机器—网络之间的交互性操作。单片机获取事时系统数据应用算法加密通过LTE网络上传服务器。

智能分类回收垃圾箱通过实现箱体和人们的手机终端等设备的相互连接，将数据上传到云端，通过投放检测等功能实现奖励机制，再相关传感器提示运维人员对垃圾箱进行定期清理，将分类好的垃圾废物移交给相关废品处理机构进行绿色回收再利用等工作。箱体操作流程如图1所示。

2  智能引導垃圾分类回收站系统架构

智能引导垃圾分类回收站的系统架构由微信小程序端、后台管理中心、云服务器、垃圾箱箱体扫码开箱锁组成。微信小程序端主要负责面向用户界面的交互，完成客户端的功能。因为微信小程序具有跨平台、流量大、成本低、轻应用、高体验的特点;后台管理中心主要负责实时更新维护文本、视频等信息，信息通过信息中心推送到智能终端，最后实现个体用户与智能终端之间的交互、浏览文本等信息的功能;云服务器是整个系统的调控计算平台，为管理人员与小程序端提供服务，响应用户与管理人员的操作;垃圾箱箱体扫码开箱锁内部可集成GPS系统和带有SIM卡。从而实现箱体所在位置和锁的状态传输给云端。经过接口与无线网络连接，可以实现用户与箱体和箱体与箱体间的对话与沟通。该系统框架如图2所示。系统的功能流程如图3所示。

3  智能引导垃圾分类回收站系统设计

3.1 用户权限模块

本系统的设计流程是：用户使用微信小程序通过扫码与垃圾箱取得联系->开箱->投掷->箱体对投掷的物品进行初步检测->关箱->通过服务器反馈的信息对用户投掷的结果进行反馈->服务器响应用户使用记录并保存在数据库中。期间管理员需要定期对不同分类垃圾箱进行定期收集以及清理，清洁与运输，最后进行后期处理。因此本系统的用户权限管理模块如图4所示。分为普通用户和管理员，分别对垃圾分类投掷、视频监控管理、垃圾分类检测、二维码与积分查询服务、清洁维护服务进行有效的控制和管理。

3.2 系统管理后台模块

用户管理与安全校验模块：管理用户各类信息、用户权限、安全校验等。

投递检测模块：通过配合各类摄像头及传感器记录每个用户的投掷时间、投掷次数、投掷垃圾的类别等情况。

积分管理模块：记录每个用户的积分情况与赏金的获取及兑换记录。

垃圾箱监控模块：监控垃圾箱的投掷数量、破损情况、运维情况、满箱情况等。

二维码应用模块：小程序通过实时更新二维码与箱体的识别摄像头进行交互，并收集扫码记录等数据。

数据同步模块：将数据采集、检索、存储、查询等情况同步到服务器上，并对数据实行实时同步更新。

3.3 基于物联网的垃圾分类回收设计

设计的垃圾分类回收体系物联网平台划分为三个层：应用层、数据网络层、感知层。

应用层：是将物联网技术与相关拓展领域相结合，比如城市管理、环境检测、公共安全、智能交通等。物联网技术通过应用层最终实现行业专业技术与信息技术的深度结合。

数据网络层：该层包括管理中心、决策分析、信息中心、专家系统等对大量的数据进行收集、传输、调度、智能处理。

感知层：又称为传感器层，主要包括传感器、RFID读写器和标签、终端、传感器网络与网关等。这一层主要针对目标对象进行感知、识别与处理，并通过相关传感器采集信息。基于物联网技术的垃圾分类回收系统体系架构如图5所示。

3.4 端口设计

云端：云服务器是整个系统的调控计算平台，为管理人员与小程序端提供服务，响应用户与管理人员的操作。小程序发送HTTP请求到云服务器，解析云服务器返回的JSON数据，下发蓝牙控制信息，经箱体蓝牙MCU处理后，最终达到垃圾箱体门的开闭功能。蓝牙箱体锁也可通过串口向蓝牙模块输出蓝牙信息，小程序响应蓝牙信息，最终实现小程序端与硬件控制部分的双向通信。

用户端与箱体端：用户在注册登录成功后，进入扫码界面;打开手机蓝牙，匹配箱体蓝牙，终端后臺将用户反馈信息和垃圾箱的反馈信息上传到云服务器;用户点击开始扫码使用垃圾箱，云服务器接收到请求后，记录用户信息和垃圾箱信息，并返回开箱密钥给小程序端，通过蓝牙与箱体通信打开箱体。当箱体关闭后，蓝牙将已锁状态发送给小程序端，小程序界面结束使用箱体，若中途断开蓝牙，则结束使用箱体后界面无法进行操作。

垃圾箱的箱体开锁内部可集成GPS系统和带有SIM卡。从而实现箱体所在位置和锁的状态传输给云端。所谓SIM卡它属于物联网SIM卡，它是通过装置在各类物体上的SIM卡，经过接口与无线网络连接，从而实现人与物体和物体与物体间的沟通和对话。

3.5 数据层设计

数据层主要包括三个部分：垃圾桶满箱状态响应、管理员数据存储、环卫相关工作人员决策分析。垃圾桶满箱状态响应主要负责对垃圾桶上报的满箱或者处理异常做出相应响应;管理员数据存储则负责保存垃圾箱历史处理记录信息、垃圾箱管理员部署环卫工人信息以及用户使用记录信息;环卫相关工作人员决策分析负责整个垃圾箱涉及范围之内的环卫维护数据等，由环卫工作提出建议与决策，供管理人员和环卫相关工作人员参考。

数据层用于接收各个垃圾箱往云端上传的数据信息。一般垃圾箱的工作状态有两种：第一是正常工作状态，则及时更新垃圾箱工作状态表。第二种是工作异常状态，比如出现满箱、感知层无法感知即垃圾箱工作状态异常等情况。这个时候后台管理中心将从云端收获到垃圾箱的异常信息，从而及时通知相关负责该区域的环卫工人进行处理。利用垃圾箱的工作状态表、垃圾箱部署位置信息与环卫工人运维信息采用数据挖掘算法，为管理员做出决策提供参考。

4  结语

本文针对城市垃圾问题，提出了基于ARM架构的智能引导垃圾分类回收站，有效的解决了垃圾浪费和人们分类投掷垃圾的不自觉性等问题。利用了物联网技术，取代传统分类垃圾箱，替代传统回收方式，使城市传统脏乱的垃圾回收站减少;培养人们环保意识，让更多的人参与到推动人们有意识进行垃圾分类的事业中来;减少我国垃圾对空气环境的污染，让人类社会更加绿色、环保。在互联网加持下使分类垃圾回收机构朝着合理、干净、机械化方向发展。

参考文献

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