新型智能分類垃圾桶設計與應用

李芒 侯曉燕 朱瀟正 雒嘉鑫 郭衡

摘要：推動生態文明建設是全人類應該關注并且踐行的重要理念。在現有技術的基礎上，結合社會大眾目前需要的垃圾智能分類需求，開發了智能分類垃圾桶，更好的輔助客戶進行垃圾分類，學會垃圾分類。利用機器視覺、物相分析等多種方式，通過卷積神經網絡進行識別判斷垃圾類別并記錄比較的結果。通過一個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、知識問題、學習材料、垃圾郵件卡、環境消息。本篇對推動垃圾分類政策落實，具有一定的應用價值。

關鍵詞：垃圾分類;智能化;微信小程序;應用價值

引言：隨著垃圾分類在社會中逐漸普及，垃圾分類的普及已經成為能源可持續發展的必然趨向。但我國在垃圾分類的普及初期，由于垃圾分類所涉及面較廣，大多垃圾的實際所屬類別存在于民眾的知識盲區中，較少市民能準確實現垃圾分類。在這樣的社會大背景下，智能垃圾桶開始出現在市場。但是當前市場上，并沒有將垃圾分類指引與垃圾桶本身結合一起的小型家用產品。

1國內現狀

自2019年7月1日，我國最早在上海實行垃圾分類開始，有關垃圾分類的社會現實問題便層出不窮，一時間引起了網民的討論與娛樂。與此同時，社會上對于垃圾分類產品的大量需求導致了市場上出現大量垃圾分類相關產品。漸漸的，智能垃圾分類產品也出現在市場，受到民眾青睞。

在經濟快速發展的今天，人們的生活水平、文化水平不斷提高，消費價值觀也不僅僅拘泥于物質，更有精神上的需求，為實現資源的可再生與對生態環境的主動保護，越來越多的人開始主動學習垃圾分類。開發垃圾桶智能屏幕的學習功能，恰好滿足這一需求，在生活中無形的幫助使用者學習垃圾分類，提高公民責任意識。

通過市場調研發現，現有垃圾分類產品主要為：垃圾分類垃圾桶（四合一桶）型、智能感應開蓋型、大型公共回收站等。且與智能相關的垃圾分類產品價格普遍偏高，對社會上不同消費水平的顧客群體的吸引力不足。

2產品設計

2.1外觀設計。本文設計的垃圾桶模型如圖1所示，其主體部分分為2層。上層為識別區，用于識別設備的安置;下層為垃圾桶置物區，桶身分區為4種不同類別的垃圾桶。

與普通垃圾桶相比，本智能分類垃圾桶的特點在于：

1.在垃圾桶內部上方增加1個用于識別的平臺，中間是可以打開的活頁結構。沒有垃圾和正在識別垃圾時，識別平臺處于合攏狀態。當單個垃圾識別結束后，平臺向下打開，使垃圾落入對應的類別桶中。

2.識別平臺下方是4個垃圾桶的選擇結構，當完成識別判斷垃圾的類別之后，使垃圾桶蓋移動到相應類別的垃圾桶上方待上方識別臺板合攏、垃圾不再下落時，垃圾桶蓋歸到原位。

3.垃圾桶頂部投入口的開閉可調。當內部正處于垃圾識別時，頂部投入口關閉，防止新的垃圾對識別產生干擾。當識別結束時，垃圾被分類到小桶之后，頂部投入口再次打開。在垃圾桶運行時，其上述內部指令的流程，如圖3所示。

2.2芯片設計。垃圾分類最主要也是最困難的就是識別過程，將垃圾準確的進行分類，不是一件容易的事，因為對垃圾進行分類要求識別的精準度比較高，所以本研究嘗試分析了許多種關于圖像識別的技術。查閱了相關文獻，以及目前市場上的國內外相關資料，最終選擇了卷積神經網絡技術。

當垃圾開始識別時，后臺會通過卷積神經網絡技術進行分析，分析出該垃圾的種類，打開垃圾桶上相應種類的桶蓋以便投放，從而實現了一次完整的垃圾丟棄。此外，為培養用戶無論在何時何地都由垃圾分類意識及正確的垃圾分類知識體系，本產品還提供垃圾分類查找翻閱及學習功能，讓垃圾桶在閑置時也可以被充分利用起來，大大增加了客戶與產品之間的粘性。

2.3功能設計。無需等待，即刻投放。產品定位于小型家用智能電器，作為小型智能分類垃圾桶，調研市場上目前存在的相關產品，普通垃圾桶大多不能提供垃圾分類服務，未將垃圾桶與即將全面落實的垃圾分類政策相結合;大型公用垃圾回收站需要用戶將垃圾拿至特定地點，不僅耗時耗力且在使用范圍上和本產品無覆蓋，競爭環境相對良好。

3.1線上與小程序結合。它主要由七個模塊組成：學習材料、知識問題、垃圾郵件卡、環境新聞、廢物處置、集成率、照片識別。模塊之間存在聯系，用戶通過學習模塊、利用知識和知識問題收集點、不清楚環境新聞中的垃圾信息、通過將自己的垃圾放入智能垃圾容器在線收集點等方式參與學習，集成可用于商業城市的商品交換。此處描述的程序是一個將智能垃圾容器與app結合在一起的終端。它通過搜索智能垃圾桶上的二維代碼，將相應的集成條目寫在每個客戶帳戶上，幫助環保人士及時處置村民所排放的廢物。利用垃圾分類激勵措施，用戶可以將生計分成智能垃圾容器，使員工能夠重新評估正確的垃圾分類并對評估進行分類，用戶還可以在線兌現價格。

3.2推廣策略。在產品更新換代方面，將隨著核心技術的升級通過一代產品、二代產品的形式分批輸送至市場。在此部分，我們將通過平面建模和3D立體建模來展示一代產品總體結構設計建模和各結構部分設計建模、二代產品的結構設計建模及使用說明。逐漸提高產品智能化程度，為用戶帶來更好的使用體驗。同時還會采用逆向研制、委托創新、聯合創新等方法，開拓更大的發展空間。并且在學習、運用的基礎上，對引進的技術改造，使之適應我國的生產、市場條件，積累經驗，實現技術和產品創新，創造獨立自主的知識產權。

結語：垃圾分類的智能化是必不可少的，而垃圾分類的難點便是對垃圾的分辨，對設備圖像識別技術的高要求，卷積神經網絡可以滿足垃圾分類對圖像識別的要求，同時線上與線下相結合的宣傳方式也符合國家政策形勢。該垃圾桶在識別方面發揮了優勢，降低了可信度不高的識別結果影響，進一步提升垃圾桶的垃圾分類準確率。

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[3]唐蕊，焦繼業，徐華昊.面向嵌入式的卷積神經網絡硬件加速器設計[J].計算機工程與應用.

作者簡介：李芒（2001.5），女，漢族，遼寧本溪人，本科，從事管理科學與機械工程相關工作。

侯曉燕（2000.4）女，漢族，河北邯鄲，本科，從事機械設備制造相關工作。

朱瀟正（2000.8）男，漢族，河北保定人，本科，從事機械工程相關研究。

雒嘉鑫（1999.1）男，漢族，山西朔州人，本科，從事機械工程相關研究。

郭衡（2000.10）男，漢族，山東鄆城人，本科，從事機械工程相關研究。