CN107745893B - 一种交互式智能清理垃圾箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交互式智能清理垃圾箱，包括设置在箱体上的交互式分类系统，所述交互式分类系统经过Arduino微处理器分别与设置在箱体上的垃圾清理净化系统、数字定位系统和能量收集系统连接，所述交互式分类系统包括主控制器、输入系统和显示屏，所述输入系统和显示屏分别通过所述主控制器与Arduino微处理器连接，所述主控制器连接有云端大数据，所述主控制器通过NB‑IoT与远程控制系统进行网络通讯。整个装置使用清洁能源，减少废气排放，避免了人工垃圾分类的繁琐工作，结合智能化控制，减轻了人工收集垃圾的任务量，缓解了集中垃圾处理的压力。

Description

一种交互式智能清理垃圾箱

技术领域

本发明属于垃圾清理装置技术领域，具体涉及一种交互式智能清理垃圾箱。

背景技术

随着社会经济发展，城市垃圾随之增多，种类渐长，人们对于垃圾的分类逐渐变得模糊，这对于城市垃圾的收集产生阻力，同时城市垃圾处理压力增加。传统的垃圾分类全靠人们自觉分类，但是往往人们会错放类别，为之后垃圾的处理带来诸多麻烦，不仅浪费了有用的资源，还要二次处理无用的废物；垃圾回收往往是靠清洁工按点巡线，费事费力，经常出现“高峰期”垃圾箱堆满的情况；集中垃圾处理会随着城市发展日趋不堪重负，不可无视其对环境的污染。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提出一种交互式智能清理垃圾箱。

本发明采用以下技术方案：

一种交互式智能清理垃圾箱，包括设置在箱体上的交互式分类系统，所述交互式分类系统经过Arduino微处理器分别与设置在箱体上的垃圾清理净化系统、数字定位系统和能量收集系统连接，所述交互式分类系统包括主控制器、输入系统和显示屏，所述输入系统和显示屏分别通过所述主控制器与Arduino微处理器连接，所述主控制器连接有云端大数据，所述主控制器采用无线方式与远程控制系统进行网络通讯。

进一步的，所述箱体包括并排设置的需回收箱体、需就地清理箱体和需人工处理箱体，所述需回收箱体用于收集可二次利用的垃圾；所述需就地清理箱体用于收集能就地焚烧的垃圾；所述需人工处理箱体用于收集不能焚烧处理的垃圾。

进一步的，所述垃圾清理净化系统包括箱体容量检测传感器、点火装置、净化装置以及废渣压缩装置，所述容量检测传感器分别设置在所述需回收箱体、需就地清理箱体和需人工处理箱体上，所述点火装置、净化装置以及废渣压缩装置设置在所述需就地清理箱体内。

进一步的，所述净化装置为网状结构，设置在所述箱体的排出口前端，所述箱体的排气口后端设置有用于检测污染元素的废气污染元素超标监测器，所述废气污染元素超标监测器与显示屏连接，并通过所述Arduino微处理器上传至主控制器，通过NB-IoT与远程控制系统交换数据。

进一步的，所述容量检测传感器与所述显示屏连接，并通过所述Arduino微处理器上传至主控制器，通过NB-IoT与远程控制系统交换数据。

进一步的，所述能量收集系统包括半球形结构的柔性太阳能电池板、温差发电片和蓄电池，所述柔性太阳能电池板设置在箱体顶部，所述温差发电片设置在就地清理箱体上，所述柔性太阳能电池板和温差发电片分别与所述蓄电池连接。

进一步的，所述远程控制系统包括采用上位机监控的控制中心和采用移动监控的移动终端，所述控制中心和移动终端均通过NB-IoT通讯主控制器使用同一云端大数据。

进一步的，所述输入系统包括按键输入和语音输入。

进一步的，所述Arduino微处理器通过以太网TCP/IP协议与主控制器连接。

进一步的，所述数字定位系统为GPS定位系统。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明交互式智能清理垃圾箱包括设置在箱体上的交互式分类系统，交互式分类系统经过Arduino微处理器分别与设置在箱体上的垃圾清理净化系统、数字定位系统和能量收集系统连接，交互式分类系统包括主控制器、输入系统和显示屏，所述输入系统和显示屏分别通过所述主控制器与Arduino微处理器连接，主控制器连接有云端大数据，交互式系统嵌入数据更新算法，云端数据最初会有不足，随着用户量的增多，垃圾回收种类会一句用户的数据自我更新，数据逐渐达到区域性完善，在一定区域中分类容错率将会大大提升，用户的数据兼容性将会更强，使用更加人性化，主控制器搭载了linux操作系统，可以通过任务的方式执行命令，不局限于微控制器的循环结构，其次，灵活配合Arduino微处理器扩展，弥补其端口不足的缺陷，主控制器通过NB-IoT与远程控制系统进行网络通讯。

进一步的，垃圾清理净化系统包括箱体容量检测传感器、点火装置、净化装置以及废渣压缩装置，净化装置通过化学反应对污染元素进行固化处理，使得二次废气能够无污染；排气口末端废气污染元素超标监测器用于检测废气是否无污染，一旦检测到污染元素超标，立即结束任务，向控制中心发送维修请求，垃圾清理方法调用当前采集的物品数据，进行物质点火能量分析，采用最小的点火能量来清理垃圾，节约能量。

进一步的，能量收集系统通过半球形的柔性太阳能电池板和温差发电片两种换能装置进行清洁能源回收利用；用来更高效率的收集太阳能，太阳能电池板的外层设有高强度材质，用以适应各种外界环境。

进一步的，远程控制系统包括采用上位机监控的控制中心和采用移动监控的移动终端，远程控制垃圾清理，远程启停垃圾箱服务，移动工作人员可以通过移动终端来优先选择维护、检修的对象，采用NB-IoT(基于蜂窝的窄带物联网)进行远程数据传送以及云端数据访问，其低功耗的特性以及可直接部署在GSM网络中的优势，满足了垃圾箱与控制中心的数据交换，垃圾箱与附近的垃圾箱都有联系，一旦垃圾箱体满，则会提供就近的空垃圾箱位置，方便用户及时投掷垃圾。

进一步的，Arduino微处理器通过以太网TCP/IP协议与主控制器连接,以太网进行通讯，均使用特定的IP地址，维护人员可以通过主控制器直接对微控制器的程序部分进行调整。

综上所述，本发明可广泛应用于户外的任何场合，用户通过交互式系统，采用手写或者语音输入发出指令，垃圾箱接受指令后通过访问数据库，进行垃圾分类，同时触发对应垃圾类别的箱体打开投掷口；对于不可回收且需要焚烧处理的箱体，进入自动清理垃圾系统，传感器检测到垃圾堆放高度达到清理警戒线，箱体中间层关闭，执行焚烧处理；焚烧处理需要进行废物及废气净化处理，启动净化系统，进行废气过滤、消毒，进行二次排放；通过无线传输，将垃圾桶的状态实时传送至控制中心；通过数字定位系统向控制中心发送位置信息；控制中心通过远程控制系统，远程操作垃圾箱进行清理、净化等操作，以及合理安排相应工作人员进行箱体清洁；能量收集系统采用柔性太阳能电池板，备有蓄电池作为能量存储，为系统提供能量。整个装置使用清洁能源，减少废气排放，避免了人工垃圾分类的繁琐工作，结合智能化控制，减轻了人工收集垃圾的任务量，缓解了集中垃圾处理的压力。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明垃圾箱原理框图；

图2为本发明垃圾箱结构示意图。

其中：1.蓄电池；2.柔性太阳能电池板；3.主控制器；4.输入系统；5.投掷口；6.容量检测传感器；7.箱体；8.温差发电片；9.废气污染元素超标监测器；10.垃圾清理净化系统；11.Arduino微处理器；12.控制中心；13.移动终端；14.显示屏；15.点火装置；16.净化装置；17.数字定位系统。

具体实施方式

请参阅图1和图2，本发明公开了一种交互式智能清理垃圾箱，包括设置在箱体上的交互式分类系统、垃圾清理净化系统10、数字定位系统17和能量收集系统，所述交互式分类系统经过Arduino微处理器11分别与所述垃圾清理净化系统10、数字定位系统17和能量收集系统连接，所述交互式分类系统包括输入系统4、显示屏14和主控制器3，所述输入系统4和显示屏14分别通过所述主控制器3与所述Arduino微处理器11连接，所述主控制器3通过NB-IoT与所述远程控制系统进行网络通讯，所述主控制器3连接有云端大数据。

交互式分类系统用于获取用户的输入信息，进行数据收集，统计该区域垃圾类别、垃圾量何时会到清理点，为我们针对性的统计出该区域的垃圾收集特点，进而便于我们依据这些数据因地制宜的选取垃圾处理方案，此时用到了云端大数据完成分类任务，通过树莓派搭载的操作系统进行云端访问，保证分类的严谨性，然后选择相应的箱体开启投掷口；

交互式分类系统采用了最新的AI技术，嵌入创新的垃圾分类优化算法——云端索引快速定位类别的方法，配合本地Database快速判断对应箱体，整个流程迅速完成，用户无需等待。

其中，输入系统4包括按键输入和语音输入，用于实现人机交互。

Arduino微处理器11作为主控制器3的IO扩展，通过以太网TCP/IP协议与主控制器3连接，Arduino微处理器11直接控制垃圾清理净化系统10、数字定位系统17和能量收集系统，其中，数字定位系统17采用GPS定位系统，满足远程监控及区域性定位。

箱体包括并排设置的需回收箱体、需就地清理箱体和需人工处理箱体，每个箱体上均设置有投掷口5，所述垃圾清理净化系统10包括箱体容量检测传感器6、点火装置15、净化装置16以及废渣压缩装置，所述容量检测传感器6分别设置在所述需回收箱体、需就地清理箱体和需人工处理箱体上，所述点火装置15、净化装置16以及废渣压缩装置设置在所述需就地清理箱体上。

需就地清理箱体一旦检测到箱体垃圾达到清理条件，Arduino微处理器11发出点火命令，点火装置15启动执行清理任务，同时净化装置16在排气口开始工作，在排气口处设置有废气污染元素超标监测器9，一旦出现异常，将会报警，箱体直接封闭，等候相关工作人员进行合理维修，此时将不允许用户开启投掷口，净化装置16通过化学反应对污染元素进行固化处理，使得二次废气能够无污染；排气口末端废气污染元素超标监测器9用于检测废气是否无污染，一旦检测到污染元素超标，立即结束任务，向控制中心12发送维修请求。

容量检测传感器6通过外置的OLED屏幕实时显示监测情况，并且通过Arduino微处理器11上传至主控制器3，通过无线传输系统与远程控制系统交换数据，一旦需回收箱体和需人工处理箱体，则向远程控制系统的控制中心12和移动终端13发送数据，相关工作人员可以及时进行处理。

所述能量收集系统包括半球形的柔性太阳能电池板2、温差发电片8和蓄电池1，箱体上方采用半球形设计，柔性太阳能电池板2附在上方，可以收集更多的太阳能存储在蓄电池中使用，所述箱体包括需回收箱体、需就地清理箱体和需人工处理箱体，温差发电片8只能用在需就地清理箱体上，利用燃烧产生的热量，与外壁冷端形成温差进行塞贝克效应为基础的电能转换。

能量收集以光伏为主，温差发电为辅，供电系统包括两个蓄电池1，配有相关的电源管理电路，设计切换点，由Arduino微处理器11决策，一旦收集的能量能够满足设备消耗，设备将从电源管理电路选择能量收集直接供电，否则从蓄电池1获取能量。

优选的，能量收集系统还包含电源管理电路，设有MPPT最大功率点跟踪，太阳能电池板外层有保护壳，可以应对各种天气。电源管理电路通过Arduino微处理器进行供电线路选择控制、充电启停控制和充电线路控制；其中涉及充电管理电路，配合充电驱动程序灵活控制，搭建换流回路，使得更换供电方式不间断供电。

远程控制系统包括采用上位机监控的控制中心12和采用移动监控的移动终端13，控制中心12和移动终端13通过NB-IoT通讯主控制器3使用同一云端大数据，控制中心12接收垃圾箱的各项数据，控制中心12和移动终端13共享一个数据库，同步相关数据，控制中心12的工作人员通过上位机监视并下达一些指令，例如远程控制垃圾清理，远程启停垃圾箱服务，移动工作人员可以通过移动终端来优先选择维护、检修的对象。

NB-IoT(基于蜂窝的窄带物联网)是物联网专用通讯技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫做低功耗广域网(LPWAN)；鉴于其待机时间长，功耗低，并且只消耗大约180kHz的带宽，可以直接部署于GSM网络、UMTS网络或者LTE网络，对于设备的升级提供了便利。

本发明交互式智能清理垃圾箱的具体工作过程如下：

S1、预先准备工作，构建基于垃圾种类的数据库。

由于垃圾名称的过多，需要搭载大数据的服务器，通过云端调用数据，提出物品索引分类算法，嵌入主控制器3(树莓派3代)；输入系统4以AI技术为主导，优先选择语音识别技术，以按键输入为辅，此处提出模糊识别算法，用以应对各地方言以及笔记的不同。

需回收箱体收集有用的资源，进行二次利用；需就地清理箱体收集无用且能就地焚烧处理的物品；需人工处理箱体收集一些无用但是不能直接进行焚烧处理的垃圾，例如电池等。

S2、正式投入使用。

所有的垃圾箱开启主控制器3，Arduino微处理器11一方面作为主控制器的扩展端口，另一方面直接控制垃圾清理系统启停；输入系统4以语音输入为主，手写输入为辅，采集用户输入的物品名称，进入物品索引分类算法，快速锁定其对应的类别；

优选的，显示屏14集成在输入系统4上，节省空间，进行箱体状态显示，用户可以看到三个箱体的占用比，合理决定自身垃圾能否投入,用户在这个可触摸的显示屏上完成手写输入，在高效的模糊笔迹识别算法下，能快速完成信息录入。

S3、主控制器3将类别命令传达给Arduino微处理器11，驱动对应箱体投掷口开启，进行垃圾收集任务；

三个箱体均配有容量检测传感器6，用于就地清理箱体，需就地清理箱体一旦检测到容量达到清理要求，便执行垃圾清理任务，此时投掷口限时锁死，用户不能唤醒投掷口，主控制器3调用箱体内的物品数据，进行最小点火能量计算，用以控制点火器能量输送，随后向点火系统发出点火命令，执行焚烧任务；

S4、垃圾焚烧清理。

净化装置16启动，在废气排出口前端进行污染元素固化处理，采用网状过滤设计，能够提高反应面积，提高净化效率；排气口后端设置废气污染元素超标监测器9进行污染元素检测，一旦超标说明净化系统出现问题，主控制器将会通过显示屏14提示用户此箱体故障，同时向控制中心12发送维修请求，控制中心12向移动终端13发送位置和故障信息，及时进行处理。

当需就地清理箱体执行清理任务，显示屏会显示“清理中”，并给出就近的空闲箱体位置，指引用户及时投入垃圾；

当箱体出现故障，显示屏会显示“故障待修”来提醒用户。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种交互式智能清理垃圾箱的垃圾处理方法，其特征在于，交互式智能清理垃圾箱包括设置在箱体（7）上的交互式分类系统，所述交互式分类系统经过Arduino微处理器（11）分别与设置在箱体上的垃圾清理净化系统（10）、数字定位系统（17）和能量收集系统连接，所述数字定位系统（17）为GPS定位系统，所述交互式分类系统包括主控制器（3）、输入系统（4）和显示屏（14），所述输入系统（4）包括按键输入和语音输入，所述输入系统（4）和显示屏（14）分别通过所述主控制器（3）与Arduino微处理器（11）连接，所述主控制器（3）连接有云端大数据，所述主控制器（3）采用无线方式与远程控制系统进行网络通讯，所述箱体（7）包括并排设置的需回收箱体、需就地清理箱体和需人工处理箱体，所述需回收箱体用于收集可二次利用的垃圾；所述需就地清理箱体用于收集能就地焚烧的垃圾；所述需人工处理箱体用于收集不能焚烧处理的垃圾，所述垃圾清理净化系统（10）包括箱体容量检测传感器（6）、点火装置（15）、净化装置（16）以及废渣压缩装置，所述容量检测传感器（6）分别设置在所述需回收箱体、需就地清理箱体和需人工处理箱体上，所述点火装置（15）、净化装置（16）以及废渣压缩装置设置在所述需就地清理箱体内，所述容量检测传感器（6）与所述显示屏（14）连接，并通过所述Arduino微处理器（11）上传至主控制器（3），通过NB-IoT与远程控制系统交换数据，所述远程控制系统包括采用上位机监控的控制中心（12）和采用移动监控的移动终端（13），所述控制中心（12）和移动终端（13）均通过NB-IoT通讯主控制器（3）使用同一云端大数据，所述Arduino微处理器（11）通过以太网TCP/IP协议与主控制器（3）连接；

所述净化装置（16）为网状结构，设置在所述箱体的排气口前端，所述箱体的排气口后端设置有用于检测污染元素的废气污染元素超标监测器（9），所述废气污染元素超标监测器（9）与显示屏（14）连接，并通过所述Arduino微处理器（11）上传至主控制器（3），通过NB-IoT与远程控制系统交换数据；

所述能量收集系统包括半球形结构的柔性太阳能电池板（2）、温差发电片（8）和蓄电池（1），所述柔性太阳能电池板（2）设置在箱体顶部，所述温差发电片（8）设置在需就地清理箱体上，所述柔性太阳能电池板（2）和温差发电片（8）分别与所述蓄电池（1）连接；

具体处理过程如下：

S1、预先准备工作，构建基于垃圾种类的数据库；

搭载大数据的服务器，通过云端调用数据，提出物品索引分类算法，嵌入主控制器；输入系统以AI技术为主导；需回收箱体收集有用的资源，进行二次利用；需就地清理箱体收集无用且能就地焚烧处理的物品；需人工处理箱体收集一些无用但是不能直接进行焚烧处理的垃圾；

S2、正式投入使用；

所有的垃圾箱开启主控制器，Arduino微处理器一方面作为主控制器的扩展端口，另一方面直接控制垃圾清理净化系统启停；输入系统以语音输入为主，手写输入为辅，采集用户输入的物品名称，进入物品索引分类算法，快速锁定其对应的类别；

S3、主控制器将类别命令传达给Arduino微处理器，驱动对应箱体投掷口开启，进行垃圾收集任务；

需就地清理箱体一旦检测到容量达到清理要求，便执行垃圾清理任务，此时投掷口限时锁死，用户不能唤醒投掷口，主控制器调用箱体内的物品数据，进行最小点火能量计算，控制点火器能量输送，随后向点火装置发出点火命令，执行焚烧任务；

S4、垃圾焚烧清理；

净化装置启动，在废气排气口前端进行污染元素固化处理，采用网状过滤设计；排气口后端设置废气污染元素超标监测器进行污染元素检测，如果超标，净化装置出现问题，主控制器将会通过显示屏提示用户此箱体故障，同时向控制中心发送维修请求，控制中心向移动终端发送位置和故障信息；

当需就地清理箱体执行清理任务，显示屏会显示清理中，并给出就近的空闲箱体位置，指引用户及时投入垃圾；

当箱体出现故障，显示屏会显示故障待修来提醒用户。

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