新型智能分類(lèi)垃圾桶設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李芒 侯曉燕 朱瀟正 雒嘉鑫 郭衡

摘要：推動(dòng)生態(tài)文明建設(shè)是全人類(lèi)應(yīng)該關(guān)注并且踐行的重要理念。在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合社會(huì)大眾目前需要的垃圾智能分類(lèi)需求，開(kāi)發(fā)了智能分類(lèi)垃圾桶，更好的輔助客戶(hù)進(jìn)行垃圾分類(lèi)，學(xué)會(huì)垃圾分類(lèi)。利用機(jī)器視覺(jué)、物相分析等多種方式，通過(guò)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行識(shí)別判斷垃圾類(lèi)別并記錄比較的結(jié)果。通過(guò)一個(gè)微信小程序傳播和傳播，該小程序具有照片ID、垃圾處理、集成率、知識(shí)問(wèn)題、學(xué)習(xí)材料、垃圾郵件卡、環(huán)境消息。本篇對(duì)推動(dòng)垃圾分類(lèi)政策落實(shí)，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：垃圾分類(lèi);智能化;微信小程序;應(yīng)用價(jià)值

引言：隨著垃圾分類(lèi)在社會(huì)中逐漸普及，垃圾分類(lèi)的普及已經(jīng)成為能源可持續(xù)發(fā)展的必然趨向。但我國(guó)在垃圾分類(lèi)的普及初期，由于垃圾分類(lèi)所涉及面較廣，大多垃圾的實(shí)際所屬類(lèi)別存在于民眾的知識(shí)盲區(qū)中，較少市民能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)垃圾分類(lèi)。在這樣的社會(huì)大背景下，智能垃圾桶開(kāi)始出現(xiàn)在市場(chǎng)。但是當(dāng)前市場(chǎng)上，并沒(méi)有將垃圾分類(lèi)指引與垃圾桶本身結(jié)合一起的小型家用產(chǎn)品。

1國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

自2019年7月1日，我國(guó)最早在上海實(shí)行垃圾分類(lèi)開(kāi)始，有關(guān)垃圾分類(lèi)的社會(huì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題便層出不窮，一時(shí)間引起了網(wǎng)民的討論與娛樂(lè)。與此同時(shí)，社會(huì)上對(duì)于垃圾分類(lèi)產(chǎn)品的大量需求導(dǎo)致了市場(chǎng)上出現(xiàn)大量垃圾分類(lèi)相關(guān)產(chǎn)品。漸漸的，智能垃圾分類(lèi)產(chǎn)品也出現(xiàn)在市場(chǎng)，受到民眾青睞。

在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，人們的生活水平、文化水平不斷提高，消費(fèi)價(jià)值觀也不僅僅拘泥于物質(zhì)，更有精神上的需求，為實(shí)現(xiàn)資源的可再生與對(duì)生態(tài)環(huán)境的主動(dòng)保護(hù)，越來(lái)越多的人開(kāi)始主動(dòng)學(xué)習(xí)垃圾分類(lèi)。開(kāi)發(fā)垃圾桶智能屏幕的學(xué)習(xí)功能，恰好滿(mǎn)足這一需求，在生活中無(wú)形的幫助使用者學(xué)習(xí)垃圾分類(lèi)，提高公民責(zé)任意識(shí)。

通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有垃圾分類(lèi)產(chǎn)品主要為：垃圾分類(lèi)垃圾桶（四合一桶）型、智能感應(yīng)開(kāi)蓋型、大型公共回收站等。且與智能相關(guān)的垃圾分類(lèi)產(chǎn)品價(jià)格普遍偏高，對(duì)社會(huì)上不同消費(fèi)水平的顧客群體的吸引力不足。

2產(chǎn)品設(shè)計(jì)

2.1外觀設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的垃圾桶模型如圖1所示，其主體部分分為2層。上層為識(shí)別區(qū)，用于識(shí)別設(shè)備的安置;下層為垃圾桶置物區(qū)，桶身分區(qū)為4種不同類(lèi)別的垃圾桶。

與普通垃圾桶相比，本智能分類(lèi)垃圾桶的特點(diǎn)在于：

1.在垃圾桶內(nèi)部上方增加1個(gè)用于識(shí)別的平臺(tái)，中間是可以打開(kāi)的活頁(yè)結(jié)構(gòu)。沒(méi)有垃圾和正在識(shí)別垃圾時(shí)，識(shí)別平臺(tái)處于合攏狀態(tài)。當(dāng)單個(gè)垃圾識(shí)別結(jié)束后，平臺(tái)向下打開(kāi)，使垃圾落入對(duì)應(yīng)的類(lèi)別桶中。

2.識(shí)別平臺(tái)下方是4個(gè)垃圾桶的選擇結(jié)構(gòu)，當(dāng)完成識(shí)別判斷垃圾的類(lèi)別之后，使垃圾桶蓋移動(dòng)到相應(yīng)類(lèi)別的垃圾桶上方待上方識(shí)別臺(tái)板合攏、垃圾不再下落時(shí)，垃圾桶蓋歸到原位。

3.垃圾桶頂部投入口的開(kāi)閉可調(diào)。當(dāng)內(nèi)部正處于垃圾識(shí)別時(shí)，頂部投入口關(guān)閉，防止新的垃圾對(duì)識(shí)別產(chǎn)生干擾。當(dāng)識(shí)別結(jié)束時(shí)，垃圾被分類(lèi)到小桶之后，頂部投入口再次打開(kāi)。在垃圾桶運(yùn)行時(shí)，其上述內(nèi)部指令的流程，如圖3所示。

2.2芯片設(shè)計(jì)。垃圾分類(lèi)最主要也是最困難的就是識(shí)別過(guò)程，將垃圾準(zhǔn)確的進(jìn)行分類(lèi)，不是一件容易的事，因?yàn)閷?duì)垃圾進(jìn)行分類(lèi)要求識(shí)別的精準(zhǔn)度比較高，所以本研究嘗試分析了許多種關(guān)于圖像識(shí)別的技術(shù)。查閱了相關(guān)文獻(xiàn)，以及目前市場(chǎng)上的國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料，最終選擇了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

當(dāng)垃圾開(kāi)始識(shí)別時(shí)，后臺(tái)會(huì)通過(guò)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行分析，分析出該垃圾的種類(lèi)，打開(kāi)垃圾桶上相應(yīng)種類(lèi)的桶蓋以便投放，從而實(shí)現(xiàn)了一次完整的垃圾丟棄。此外，為培養(yǎng)用戶(hù)無(wú)論在何時(shí)何地都由垃圾分類(lèi)意識(shí)及正確的垃圾分類(lèi)知識(shí)體系，本產(chǎn)品還提供垃圾分類(lèi)查找翻閱及學(xué)習(xí)功能，讓垃圾桶在閑置時(shí)也可以被充分利用起來(lái)，大大增加了客戶(hù)與產(chǎn)品之間的粘性。

2.3功能設(shè)計(jì)。無(wú)需等待，即刻投放。產(chǎn)品定位于小型家用智能電器，作為小型智能分類(lèi)垃圾桶，調(diào)研市場(chǎng)上目前存在的相關(guān)產(chǎn)品，普通垃圾桶大多不能提供垃圾分類(lèi)服務(wù)，未將垃圾桶與即將全面落實(shí)的垃圾分類(lèi)政策相結(jié)合;大型公用垃圾回收站需要用戶(hù)將垃圾拿至特定地點(diǎn)，不僅耗時(shí)耗力且在使用范圍上和本產(chǎn)品無(wú)覆蓋，競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境相對(duì)良好。

3.1線(xiàn)上與小程序結(jié)合。它主要由七個(gè)模塊組成：學(xué)習(xí)材料、知識(shí)問(wèn)題、垃圾郵件卡、環(huán)境新聞、廢物處置、集成率、照片識(shí)別。模塊之間存在聯(lián)系，用戶(hù)通過(guò)學(xué)習(xí)模塊、利用知識(shí)和知識(shí)問(wèn)題收集點(diǎn)、不清楚環(huán)境新聞中的垃圾信息、通過(guò)將自己的垃圾放入智能垃圾容器在線(xiàn)收集點(diǎn)等方式參與學(xué)習(xí)，集成可用于商業(yè)城市的商品交換。此處描述的程序是一個(gè)將智能垃圾容器與app結(jié)合在一起的終端。它通過(guò)搜索智能垃圾桶上的二維代碼，將相應(yīng)的集成條目寫(xiě)在每個(gè)客戶(hù)帳戶(hù)上，幫助環(huán)保人士及時(shí)處置村民所排放的廢物。利用垃圾分類(lèi)激勵(lì)措施，用戶(hù)可以將生計(jì)分成智能垃圾容器，使員工能夠重新評(píng)估正確的垃圾分類(lèi)并對(duì)評(píng)估進(jìn)行分類(lèi)，用戶(hù)還可以在線(xiàn)兌現(xiàn)價(jià)格。

3.2推廣策略。在產(chǎn)品更新?lián)Q代方面，將隨著核心技術(shù)的升級(jí)通過(guò)一代產(chǎn)品、二代產(chǎn)品的形式分批輸送至市場(chǎng)。在此部分，我們將通過(guò)平面建模和3D立體建模來(lái)展示一代產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建模和各結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)建模、二代產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建模及使用說(shuō)明。逐漸提高產(chǎn)品智能化程度，為用戶(hù)帶來(lái)更好的使用體驗(yàn)。同時(shí)還會(huì)采用逆向研制、委托創(chuàng)新、聯(lián)合創(chuàng)新等方法，開(kāi)拓更大的發(fā)展空間。并且在學(xué)習(xí)、運(yùn)用的基礎(chǔ)上，對(duì)引進(jìn)的技術(shù)改造，使之適應(yīng)我國(guó)的生產(chǎn)、市場(chǎng)條件，積累經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新，創(chuàng)造獨(dú)立自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

結(jié)語(yǔ)：垃圾分類(lèi)的智能化是必不可少的，而垃圾分類(lèi)的難點(diǎn)便是對(duì)垃圾的分辨，對(duì)設(shè)備圖像識(shí)別技術(shù)的高要求，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以滿(mǎn)足垃圾分類(lèi)對(duì)圖像識(shí)別的要求，同時(shí)線(xiàn)上與線(xiàn)下相結(jié)合的宣傳方式也符合國(guó)家政策形勢(shì)。該垃圾桶在識(shí)別方面發(fā)揮了優(yōu)勢(shì)，降低了可信度不高的識(shí)別結(jié)果影響，進(jìn)一步提升垃圾桶的垃圾分類(lèi)準(zhǔn)確率。

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作者簡(jiǎn)介：李芒（2001.5），女，漢族，遼寧本溪人，本科，從事管理科學(xué)與機(jī)械工程相關(guān)工作。

侯曉燕（2000.4）女，漢族，河北邯鄲，本科，從事機(jī)械設(shè)備制造相關(guān)工作。

朱瀟正（2000.8）男，漢族，河北保定人，本科，從事機(jī)械工程相關(guān)研究。

雒嘉鑫（1999.1）男，漢族，山西朔州人，本科，從事機(jī)械工程相關(guān)研究。

郭衡（2000.10）男，漢族，山東鄆城人，本科，從事機(jī)械工程相關(guān)研究。