基于無線傳感網絡的垃圾分類App設計與開發

李奧永 李 雯

（安徽新華學院大數據與人工智能學院，安徽 合肥 230088）

0 引言

當下，環境保護問題越來越受到人們的重視，自2019年開始，“垃圾分類”逐漸成為一種新時尚。實行垃圾分類，呼吁全民參與從源頭進行垃圾減量和資源分類回收利用，既可以有效減少垃圾處理成本，也是一個行之有效的改善環境污染的辦法。分類在指間，文明在心間，實現分類垃圾無疑對每一個人都提出了更高要求，但就目前現狀來看，仍存在一些問題，主要體現在以下幾個方面：（1）垃圾分類認知程度層次不一。目前垃圾分類推廣和實施明顯一線城市做法較佳，二三線城市次之，中小型縣城乃至城鄉民眾大多缺乏垃圾分類意識，垃圾分類標準模糊，宣傳教育不足，垃圾分類意識還有待提高[1]。（2）垃圾桶清運不及時造成垃圾堆積。受限于資源回收處理的效率和環衛清潔工人人手不足等原因，部分地區的垃圾桶由于長時間得不到及時有效的清理,各類垃圾往往外溢到路面上，嚴重影響到周圍的環境衛生。（3）專門針對垃圾分類的App應用偏少。當下，手機已經廣泛應用于人們生活中衣食住行的各個方面，盡管經常有各類新聞自媒體宣傳報道有關于垃圾分類的話題，但此類話題分散于海量網絡資訊中，難以被民眾有效關注。若能將有關垃圾分類的科普知識、政策法規匯聚于一個手機App，同時引導和幫助人們有效實施正確的垃圾分類，則具有較高的市場應用前景。

1 項目創新性

在“智能城市化”步伐日益加速的前景下，傳統的依靠人工分辨垃圾分類的方式已經無法滿足與日俱增的垃圾產量，發展生活垃圾快速分類技術已經迫在眉睫。為解決生活垃圾數量多、種類繁、降解慢等問題，本文提出開發“智衛”App以幫助人們實現便捷、快速、精準地投放分類垃圾。在垃圾桶安裝GPS、紅外感應等無線傳感器，智能判斷垃圾桶位置和狀態，針對紅外感應已經被填滿的垃圾桶實現后臺自動發送提醒消息通知環衛部門及時清理更換[2]；在智能手機終端通過App實現垃圾分類相關的快速搜索查詢，同時通過App推送普及垃圾分類知識，設置積分獎勵兌換活動引導人們正確實施垃圾分類，助力生態文明建設以及國家的可持續發展。本項目具有如下創新性：（1）利用手機App宣傳推廣垃圾分類科普知識以及政策法規等，同時支持垃圾分類檢索識別，助力人們正確實施垃圾分類。（2）可以通過App快速查詢附近垃圾桶位置和填充狀態，不僅可以幫助人們快速正確投放垃圾，還可以自動提醒環衛清潔工人及時處理更換已經填充滿的垃圾桶。（3）在垃圾桶安裝微型太陽能電池及反光板，太陽能電池可以為垃圾桶傳感器供電，同時也為夜間垃圾桶示廓Led燈帶供電，便于人們夜間快速找到垃圾桶[3]。

2 無線傳感網絡技術原理

無線傳感網絡是一種通過無線的通信技術把很多的傳感器以任意方式進行聯合后而形成的網絡，無線傳感網絡中的節點只有“匯聚節點”和“傳感器節點”兩種，傳感器節點是分布在各個數據收集設備上的傳感器，起到數據收集的作用；匯聚節點則主要負責無線傳感器與網絡的連接，使整個系統通過任務管理器來管理和控制。構成傳感器節點的主要有數據收集模塊單元、數據傳輸模塊單元、數據處理模塊單元以及能量供應模塊單元，其中數據收集模塊的作用主要是采集傳感器周圍區域內的各種信息并加以處理和轉換成相應的數據；數據傳輸模塊主要以無線通信技術利用電磁波信號和交流信息技術將傳感器所收集的數據信息傳輸和發送到各個節點上；數據處理模塊處理的是所有傳感器節點的路由協議、管理任務以及配置的定位裝置等；能量供應模塊在一般情況下通常會為了減小傳感器所占的空間而選擇以小型電池為主的結構樣式。

3 “智衛”Ap p設計

3.1 功能模塊設計

“智衛”App的功能模塊主要分為以下四個模塊：垃圾檢索模塊、定位查找模塊、用戶中心模塊和知識科普模塊。

垃圾檢索模塊：在該模塊中垃圾分類檢索支持語音檢索、AR檢索和拍照檢索，結合后臺MySQL垃圾分類數據庫智能讀取相關信息，從而在界面輸出垃圾分類檢索結果和簡介說明。

定位查找模塊：通過GPS定位查詢附近垃圾桶的位置信息，并將定位結果顯示在界面，若附近查詢不到垃圾桶位置信息，可以向后臺提交異常信息報告反饋給環衛部門及時核實整改。同時，利用紅外感應智能判定垃圾是否已投滿，實現垃圾含量的檢測,若紅外感應垃圾桶已經被填滿則后臺自動發送提醒消息通知環衛部門及時清理更換[4]。

用戶中心模塊：在該模塊中用戶可以查詢修改個人資料信息，同時用戶也可以進行垃圾分類測試趣味答題，在豐富垃圾分類知識的同時賺取積分，當積分累積到一定數值即可以在積分商城兌換相應禮品。

知識科普模塊：主要向用戶推送一些有關垃圾分類、環境保護的科普知識以及政策法規文章或短視頻，以喚醒增強人們的環境保護意識。

3.2 數據庫設計

“智衛”App后臺數據庫采用開源的嵌入式關系型數據庫MySQL，主要數據表設計如下：

3.2.1 用戶表

用于記錄注冊用戶的信息，主要字段包括：用戶名、密碼、電話、郵箱、身份證號、地址、文明記錄、文明測試積分，如表1所示。

表1 用戶表

3.2.2 垃圾分類表

用于記錄垃圾分類具體信息，主要字段包括：垃圾名稱、垃圾編號、垃圾回收率、垃圾類型、垃圾簡介說明，如表2所示。

表2 垃圾分類表

3.2.3 垃圾桶表

用于記錄垃圾桶狀態信息，主要字段包括：垃圾桶編號、垃圾桶位置、垃圾桶填滿狀態、垃圾桶大小、垃圾桶類型、垃圾桶電池電量，如表3所示。其中垃圾桶填滿狀態為1時表示空閑，狀態為5時表示填滿。

表3 垃圾桶表

3.3 界面設計

“智衛”App主要采用Eclipse開發工具進行設計，具體使用了Eclipse集成開發環境（IDE）、Eclipse的Android開發工具（ADT）和Android軟件開發工具包（SDK）。當用戶手機正確接入互聯網的情況下，打開“智衛”App即進入登錄界面，如圖1所示，在該界面用戶可以進行登錄或注冊操作，后臺自動將用戶輸入的賬號和密碼與數據庫表進行比對驗證，如果驗證結果不一致，系統會彈出信息框提示“賬戶名或密碼有錯誤，請再次輸入”，登錄流程圖如圖2所示。

圖1 “智衛”App登錄界面

圖2 “智衛”App登錄流程圖

當用戶輸入正確賬號和密碼成功登錄后即可進入“智衛”App主界面，如圖3所示。頂部為滾動輪播宣傳圖片，當點擊圖片可以展示關于垃圾分類的推文，便于人們科學的了解垃圾分類知識，引導環境保護生態文明意識。頁面中間設置了“AR識別、拍照識別、語音搜索、定位查找”四個按鈕入口，便于用戶快速操作識別垃圾分類以及定位查找就近的可供投放的垃圾桶具體路線位置。同時，依據用戶當下手機GPS位置信息自動在頁面中間顯示距離當前用戶位置最近的垃圾桶投放狀態及太陽能電池剩余電量狀態信息。最后，在頁面底部顯示“首頁、分類、發現、我的”四個快捷入口，其中“首頁”即為當前主界面，“分類”可以跳轉到有關垃圾分類、環境保護的科普知識以及政策法規推文或短視頻頁面，“發現”可以跳轉到垃圾桶位置查找及垃圾桶狀態異常留言反饋頁面，“我的”可以跳轉到個人信息查詢修改及垃圾分類測試趣味答題賺積分、積分兌換頁面。

圖3 “智衛”App主界面

4 結論

“智衛”App實現了預定的大部分功能，可以幫助用戶智能識別垃圾分類、查找垃圾桶位置狀態信息，同時推廣垃圾分類科普知識、環境保護政策法規等。但由于開發的時間較短，“智衛”App也存在一些不足之處，如GPS定位垃圾桶位置時存在一定失敗概率或位置偏差較大，垃圾分類AR識別和拍照識別也存在一定的錯誤率，這些問題下一步還需要持續的開發和完善。