基于无线传感网络的垃圾分类App设计与开发

李奥永 李 雯

（安徽新华学院大数据与人工智能学院，安徽 合肥 230088）

0 引言

当下，环境保护问题越来越受到人们的重视，自2019年开始，“垃圾分类”逐渐成为一种新时尚。实行垃圾分类，呼吁全民参与从源头进行垃圾减量和资源分类回收利用，既可以有效减少垃圾处理成本，也是一个行之有效的改善环境污染的办法。分类在指间，文明在心间，实现分类垃圾无疑对每一个人都提出了更高要求，但就目前现状来看，仍存在一些问题，主要体现在以下几个方面：（1）垃圾分类认知程度层次不一。目前垃圾分类推广和实施明显一线城市做法较佳，二三线城市次之，中小型县城乃至城乡民众大多缺乏垃圾分类意识，垃圾分类标准模糊，宣传教育不足，垃圾分类意识还有待提高[1]。（2）垃圾桶清运不及时造成垃圾堆积。受限于资源回收处理的效率和环卫清洁工人人手不足等原因，部分地区的垃圾桶由于长时间得不到及时有效的清理,各类垃圾往往外溢到路面上，严重影响到周围的环境卫生。（3）专门针对垃圾分类的App应用偏少。当下，手机已经广泛应用于人们生活中衣食住行的各个方面，尽管经常有各类新闻自媒体宣传报道有关于垃圾分类的话题，但此类话题分散于海量网络资讯中，难以被民众有效关注。若能将有关垃圾分类的科普知识、政策法规汇聚于一个手机App，同时引导和帮助人们有效实施正确的垃圾分类，则具有较高的市场应用前景。

1 项目创新性

在“智能城市化”步伐日益加速的前景下，传统的依靠人工分辨垃圾分类的方式已经无法满足与日俱增的垃圾产量，发展生活垃圾快速分类技术已经迫在眉睫。为解决生活垃圾数量多、种类繁、降解慢等问题，本文提出开发“智卫”App以帮助人们实现便捷、快速、精准地投放分类垃圾。在垃圾桶安装GPS、红外感应等无线传感器，智能判断垃圾桶位置和状态，针对红外感应已经被填满的垃圾桶实现后台自动发送提醒消息通知环卫部门及时清理更换[2]；在智能手机终端通过App实现垃圾分类相关的快速搜索查询，同时通过App推送普及垃圾分类知识，设置积分奖励兑换活动引导人们正确实施垃圾分类，助力生态文明建设以及国家的可持续发展。本项目具有如下创新性：（1）利用手机App宣传推广垃圾分类科普知识以及政策法规等，同时支持垃圾分类检索识别，助力人们正确实施垃圾分类。（2）可以通过App快速查询附近垃圾桶位置和填充状态，不仅可以帮助人们快速正确投放垃圾，还可以自动提醒环卫清洁工人及时处理更换已经填充满的垃圾桶。（3）在垃圾桶安装微型太阳能电池及反光板，太阳能电池可以为垃圾桶传感器供电，同时也为夜间垃圾桶示廓Led灯带供电，便于人们夜间快速找到垃圾桶[3]。

2 无线传感网络技术原理

无线传感网络是一种通过无线的通信技术把很多的传感器以任意方式进行联合后而形成的网络，无线传感网络中的节点只有“汇聚节点”和“传感器节点”两种，传感器节点是分布在各个数据收集设备上的传感器，起到数据收集的作用；汇聚节点则主要负责无线传感器与网络的连接，使整个系统通过任务管理器来管理和控制。构成传感器节点的主要有数据收集模块单元、数据传输模块单元、数据处理模块单元以及能量供应模块单元，其中数据收集模块的作用主要是采集传感器周围区域内的各种信息并加以处理和转换成相应的数据；数据传输模块主要以无线通信技术利用电磁波信号和交流信息技术将传感器所收集的数据信息传输和发送到各个节点上；数据处理模块处理的是所有传感器节点的路由协议、管理任务以及配置的定位装置等；能量供应模块在一般情况下通常会为了减小传感器所占的空间而选择以小型电池为主的结构样式。

3 “智卫”Ap p设计

3.1 功能模块设计

“智卫”App的功能模块主要分为以下四个模块：垃圾检索模块、定位查找模块、用户中心模块和知识科普模块。

垃圾检索模块：在该模块中垃圾分类检索支持语音检索、AR检索和拍照检索，结合后台MySQL垃圾分类数据库智能读取相关信息，从而在界面输出垃圾分类检索结果和简介说明。

定位查找模块：通过GPS定位查询附近垃圾桶的位置信息，并将定位结果显示在界面，若附近查询不到垃圾桶位置信息，可以向后台提交异常信息报告反馈给环卫部门及时核实整改。同时，利用红外感应智能判定垃圾是否已投满，实现垃圾含量的检测,若红外感应垃圾桶已经被填满则后台自动发送提醒消息通知环卫部门及时清理更换[4]。

用户中心模块：在该模块中用户可以查询修改个人资料信息，同时用户也可以进行垃圾分类测试趣味答题，在丰富垃圾分类知识的同时赚取积分，当积分累积到一定数值即可以在积分商城兑换相应礼品。

知识科普模块：主要向用户推送一些有关垃圾分类、环境保护的科普知识以及政策法规文章或短视频，以唤醒增强人们的环境保护意识。

3.2 数据库设计

“智卫”App后台数据库采用开源的嵌入式关系型数据库MySQL，主要数据表设计如下：

3.2.1 用户表

用于记录注册用户的信息，主要字段包括：用户名、密码、电话、邮箱、身份证号、地址、文明记录、文明测试积分，如表1所示。

表1 用户表

3.2.2 垃圾分类表

用于记录垃圾分类具体信息，主要字段包括：垃圾名称、垃圾编号、垃圾回收率、垃圾类型、垃圾简介说明，如表2所示。

表2 垃圾分类表

3.2.3 垃圾桶表

用于记录垃圾桶状态信息，主要字段包括：垃圾桶编号、垃圾桶位置、垃圾桶填满状态、垃圾桶大小、垃圾桶类型、垃圾桶电池电量，如表3所示。其中垃圾桶填满状态为1时表示空闲，状态为5时表示填满。

表3 垃圾桶表

3.3 界面设计

“智卫”App主要采用Eclipse开发工具进行设计，具体使用了Eclipse集成开发环境（IDE）、Eclipse的Android开发工具（ADT）和Android软件开发工具包（SDK）。当用户手机正确接入互联网的情况下，打开“智卫”App即进入登录界面，如图1所示，在该界面用户可以进行登录或注册操作，后台自动将用户输入的账号和密码与数据库表进行比对验证，如果验证结果不一致，系统会弹出信息框提示“账户名或密码有错误，请再次输入”，登录流程图如图2所示。

图1 “智卫”App登录界面

图2 “智卫”App登录流程图

当用户输入正确账号和密码成功登录后即可进入“智卫”App主界面，如图3所示。顶部为滚动轮播宣传图片，当点击图片可以展示关于垃圾分类的推文，便于人们科学的了解垃圾分类知识，引导环境保护生态文明意识。页面中间设置了“AR识别、拍照识别、语音搜索、定位查找”四个按钮入口，便于用户快速操作识别垃圾分类以及定位查找就近的可供投放的垃圾桶具体路线位置。同时，依据用户当下手机GPS位置信息自动在页面中间显示距离当前用户位置最近的垃圾桶投放状态及太阳能电池剩余电量状态信息。最后，在页面底部显示“首页、分类、发现、我的”四个快捷入口，其中“首页”即为当前主界面，“分类”可以跳转到有关垃圾分类、环境保护的科普知识以及政策法规推文或短视频页面，“发现”可以跳转到垃圾桶位置查找及垃圾桶状态异常留言反馈页面，“我的”可以跳转到个人信息查询修改及垃圾分类测试趣味答题赚积分、积分兑换页面。

图3 “智卫”App主界面

4 结论

“智卫”App实现了预定的大部分功能，可以帮助用户智能识别垃圾分类、查找垃圾桶位置状态信息，同时推广垃圾分类科普知识、环境保护政策法规等。但由于开发的时间较短，“智卫”App也存在一些不足之处，如GPS定位垃圾桶位置时存在一定失败概率或位置偏差较大，垃圾分类AR识别和拍照识别也存在一定的错误率，这些问题下一步还需要持续的开发和完善。