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智能垃圾分类柜的硬件和软件系统设计

来源:原创论文网 添加时间:2021-08-30

  摘    要: 智能垃圾分类柜主要解决生产生活中垃圾的分类问题,帮助企业和社区有效分类垃圾,基于城市的垃圾分类标准,将不同垃圾分类处理,实现垃圾的再次利用,变废为宝。主要介绍嵌入式智能垃圾分类柜的硬件设计、软件设计。

  关键词 :     嵌入式系统;智能垃圾分类;图像识别模块;红外激光测距模块;积分奖励系统;

  Abstract: The intelligent garbage sorting cabinet mainly solves the problem of garbage classification in production and life,and helps companies and communities to effectively classify garbage.Based on the city's garbage classification standards,different garbage can be classified and processed to realize the reuse of garbage and turn waste into treasure.This paper mainly introduces the hardware design and software design of the embedded intelligent garbage sorting cabinet.

  Keyword: embedded system; intelligent garbage classification; image recognition module; infrared laser ranging module; point reward system;

  随着我国经济水平的快速发展,人民的生活水平的不断提高,产生的生活垃圾也越来越多,垃圾问题也得不到有效解决。早在2004年中国就已经超越美国,成为世界第一垃圾制造大国。目前全国生活垃圾以大约每年8%的速度递增。从上个世纪90年代开始,中国才真正意义上开始提倡垃圾分类收集处理。那时大街上才开始出现早期的两分类垃圾桶———将垃圾简单地分为可回收和不可回收。2003年10月,国家正式出台了《城市生活垃圾分类标志》,根据国家制定的统一标准,生活垃圾被重新划分为三类———可回收物、有害垃圾和其他垃圾。2017年8月海南省法制办公室公布了《海南省生活垃圾分类管理条例(送审稿)》,随后各省陆续颁布了垃圾分类的相关政策。但由于国民垃圾分类的相关知识普遍欠缺,导致垃圾分类效果仍然不佳,而智能分类垃圾柜可以为广大市民更好地分类垃圾提供便利,为有关部门回收垃圾提供技术支持。
 

智能垃圾分类柜的硬件和软件系统设计
 

  1、 硬件系统设计

  1.1、 功能结构设计

  基于嵌入式系统的垃圾自动识别、分类、收集与信息反馈的智能垃圾处理柜,通过近场通信和扫一扫的结合实现对用户的识别,将用户信息传送到终端处理器。处理柜通过柜外装备的摄像头将获取的垃圾信息传给数据库进行匹配筛选确定垃圾类型,确定后通过开关命令控制柜门的开关。系统功能结构示意图如图1所示。

  图1 系统功能结构示意图
图1 系统功能结构示意图

  在垃圾收集完毕后,垃圾桶内装有的测距传感器,收集桶内容量信息,反馈给终端处理器。处理器随之将容量信息和本次倾倒垃圾获得的积分通过无线网络同步到云端,进而反馈到用户的手机App中,使用户了解所在区域内所有垃圾柜中的基础信息。同时也反馈到回收中心。

  1.2 、模块设计

  (1)用户识别模块

  在识别系统中,通过电磁波实现电子标签的读写与通信。根据通信距离,可分为近场和远场。处理柜可以根据已分类用户所携带的标签,当用户进入一定的通信距离内,处理柜识别到对应的信息,自动打开对应分类的柜。

  对于用户也可以通过人脸识别技术进行实名制登录,用于积分奖励。

  (2)垃圾处理模块

  对于垃圾有条形码的扫条形码识别,无条形码的直接图像识别;同时通过区域检测器的输出结果来检测照射区域,以组合每个类别的图像特征MKL估计最优权值。基于特征融合的垃圾识别方法,应用于具有各种视觉特征的候选区域边界盒,按照得分降序排列,估计多重候选垃圾的图像。根据垃圾的材料特性可识别出纸质、塑料、玻璃、金属物等可回收垃圾。

  (3)容量检测模块

  利用激光测距的原理,会从桶的顶部向下发射激光,测算垃圾距桶/柜顶高度,根据体积公式大致计算出剩余容量,并在剩余容量不足10%的时候通知处理中心,实时更新垃圾柜的数据信息。

  (4)信息处理与数据库模块

  信息系统技术是以计算机为中心,以数据库和通信网络技术为依托实现对信息处理的技术。将信息进行整序是数据库技术的核心内容,它能将相关的信息集合,实现信息的有序存储和有效利用。实现的垃圾信息的处理,高效地将信息与用户信息匹配,传至云端的处理中心,直接反馈在用户的手机App上,便于积分管理。

  2 、软件设计

  垃圾分类柜程序流程如图2所示。

  图2 垃圾分类柜程序流程
图2 垃圾分类柜程序流程

  2.1、 App及小程序设计

  为更方便大众使用,针对垃圾分类柜设计有专用App与微信小程序,App基于系统级别的API,能够与移动硬件的底层更好地交互,提供良好的用户体验;而微信小程序是微信生态圈里的轻应用,无需安装,可通过扫码、搜索、微信的“发现”有小程序菜单、微信首页下拉聊天列表等等方式进入,从而可使大众根据自身需求选择。

  2.2、 功能设计

  2.2.1 、分类查询

  在App与小程序中导入有垃圾分类数据库,用户在投放垃圾前或闲暇时可自由查询和普及知识,设有图片及视频讲解,使用户趣味性学习。

  2.2.2、 智能定位及个人用户查询

  在每一次使用产品时,在于硬件的配合下,将数据上传至App或小程序中,且在每一件产品中都设有GPS定位,用户在App和小程序中可以查询附近产品位置及剩余容量,从而更方便选择使用。

  2.2.3 、人脸识别

  为方便用户使用,本产品引入人脸识别技术,在App与小程序登录界面,用户可通过账号密码和人脸识别的方式登录,并且产品也设有摄像头人脸识别,用户在任意地点选择本产品并正确投放垃圾,即可通过人脸识别技术将积分精准计入相应账户中。

  2.2.4、 积分机制

  用户根据智能垃圾分类柜的指导,自主进行分类垃圾,投入相应的垃圾分类柜中。积分奖励系统根据用户自主分类的情况,将可回收垃圾称重根据系统换算成相应的积分存入用户账户中。当用户没有按照智能垃圾分类柜的指导分类垃圾时,扣除用户账户中的相应数额的积分。

  2.2.5 、积分用途

  当达到积分增长到兑换条件时,提示用户可兑换成相应的奖励。本产品采集实名身份信息,支持社保卡账号、微信号登录、手机号登录等多种方式。同时我们为用户增填家庭关联账号功能,自由添加家庭成员,家庭成员获得的积分存入共同账号中,方便用户更大程度地利用积分兑换奖励。

  2.2.6、 用户反馈

  用户体验是产品从有到优的重要环节,在产品设计之初,本团队经过大量的线上线下数据调查统计,在产品使用过程中本着用户至上的原则,设置有用户反馈功能模块,用户在使用过程中有任何问题或建议随时通过平台反馈,产品的不断升级,为用户带来更好的体验。

  3、 结束语

  基于生活中一般的垃圾分类投放点智能性不佳、对用户垃圾分类的有关知识具有一定要求的现状,智能垃圾分类柜能够在用户没有掌握垃圾分类有关知识的前提下,对投入分类柜的垃圾进行合理分类。本项目投入实践,将提高垃圾分类的精准性,节约垃圾处理的时间和成本,能够让用户增长垃圾分类的相关知识,还能够有效缓解不合理的垃圾分类对生态环境的影响。

  参考文献

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