CN110108765B - 袋装垃圾干湿识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种袋装垃圾干湿识别方法，包括步骤：S1，采用电容传感器、金属传感器和温湿度传感器，分别测量袋装垃圾的电容、金属强度、温度和湿度；S2，对各传感器的输出值作权重赋值，得到统一数据U；S3，比较U与设定阈值F，当U≥F时，判断为湿垃圾；当U＜F时，判断为干垃圾；且当d＞0，判断为有金属；当d＝0时，判断为无金属。本发明采用多个不同类型的传感器检测袋装垃圾的干湿，对各传感器输出的数据进行权重赋值、补偿得到统一数据，与事先经试验验证过的阈值相比，进行干湿定性判断，全程只需要用户将袋装垃圾放于固定位置即可，且只需几秒就可得到判断结果，识别过程无需破坏垃圾袋，识别效果较佳。

Description

袋装垃圾干湿识别方法
技术领域
本发明涉及垃圾分类领域，具体涉及一种袋装垃圾干湿识别方法。
背景技术
袋装垃圾属于国内日常生活最常见的垃圾，虽然倡导垃圾分类，但垃圾分类的实施效果欠佳，仍多依靠人工分类，耗时耗力。由于袋装垃圾内垃圾的复杂性，市面上缺乏对其行之有效的检测办法，目前常见的是探针式检测，由于探针所插入的位置随机性大，判断结果具有较大偶然性。而且探针式检测会破坏袋装垃圾外表包装，会导致湿垃圾袋有液体流出，产生异味和污染。还有的采用红外探测器，去探测垃圾的类型，对于类型复杂的袋装垃圾，探测效果仍欠佳。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提出一种袋装垃圾干湿识别方法，对大多数袋装垃圾具有较好的识别效果，干湿定性判断较为准确。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
袋装垃圾干湿识别方法，包括以下步骤：
S1，采用电容传感器、金属传感器和温湿度传感器，分别测量袋装垃圾的电容、金属强度、温度和湿度；
S2，对各传感器的输出值作权重赋值，得到统一数据U：
U＝p*a(1-m*z-d*n)
式中，p为环境温度下水介电常数与平均温度下水介电常数的比值，a为平均电容值，m为平均湿度与环境湿度的比值，d为平均金属强度值，z为环境湿度因素的权值；n为金属因素的权值；
S3，比较U与设定阈值F，当U≥F时，判断为湿垃圾；当U＜F时，判断为干垃圾；且当d＞0，判断为有金属；当d＝0时，判断为无金属。
优选地，设定阈值F由以下训练过程得到：
T1，对袋装纯干垃圾进行多次测量，得到数据组UG，将UG的数值波动范围定义为区间MIN，
T2，对袋装纯湿垃圾进行多次测量，得到数据组US，将US的数值波动范围定位为区间MAX；区间MIN与区间MAX无交集，且区间MAX内的值均大于区间MIN内的值；
T3，对袋装混有金属的干垃圾进行多次测量，得到数据组UN，加入权重n处理后得到数据组UM，UM的值在MIN区间；
T4，对袋装混有金属的湿垃圾进行多次测量，得到数据组UP，UP的数值在MAX区间；
T5，对袋装干湿混合垃圾进行多次测量，得到数据组UY，UY的波动范围较大，定义为区间MID，区间MID与区间MIN的交集小于区间MID与区间MAX的交集；
T6，将区间MIN内的最大值与区间MAX的最小值之间的数值作为设定阈值F的取值范围。
3.根据权利要求2所述的袋装垃圾干湿识别方法，其特征在于：将区间MAX的最小值作为设定阈值F。
优选地，所述纯干垃圾包括纸张、塑料、玻璃、衣物中的一种或多种；所述纯湿垃圾包括食物残渣、果皮、植物枝干中的一种或多种；所述金属包括铁皮、螺丝、螺母中的一种或多种。
优选地，电容传感器、金属传感器和温湿度传感器设于一具有开口的箱体内，
箱体内与开口相对的一侧设置金属传感器，箱体的相对两侧板内设有平行金属板，平行金属板连接电容传感器的通道，温湿度传感器设于相邻开口处；
袋装垃圾从开口处放入箱体内时，电容传感器、金属传感器和温湿度传感器对袋装垃圾进行测量。
优选地，所述箱体连接有单片机和显示屏，单片机电性连接电容传感器、金属传感器和温湿度传感器，单片机采集并处理各传感器输出的数据，并与设定阈值进行判断，输出判断结果至所述显示屏。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
采用多个不同类型的传感器检测袋装垃圾的干湿，对各传感器输出的数据进行权重赋值、补偿得到统一评判数据，与事先经试验验证过的阈值相比，进行干湿定性判断，全程只需要用户将袋装垃圾放于固定位置即可，且只需几秒就可得到判断结果，识别过程无需破坏垃圾袋，对复杂的袋装垃圾具有较好的检测判断能力，干湿垃圾可以得到分类。对居民投放袋装垃圾有了一种监督手段，搭配上对用户的身份识别，引入积分制。正确投放对居民加积分，错误投放则提醒询问，从而促进了居民垃圾分类意识，符合国家垃圾分类倡导。有利于垃圾回收，从而具有很好的环保意义。
附图说明
图1是本发明所述方法流程图；
图2是本发明的设定阈值F的取值范围示意图；
图3是本发明所述方法可采用的箱体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步的解释说明。
如图1所示，本发明所述袋装垃圾干湿识别方法，包括以下步骤：
S1，采用电容传感器、金属传感器和温湿度传感器，分别测量袋装垃圾的电容、金属强度、温度和湿度；
S2，对各传感器的输出值作权重赋值，得到统一数据U：
U＝p*a(1-m*z-d*n) (1)
式中，p为环境温度下水介电常数与平均温度下水介电常数的比值，a为平均电容值，m为平均湿度与环境湿度的比值，d为平均金属强度值，z为环境湿度因素的权值；n为金属因素的权值；
S3，比较U与设定阈值F，当U≥F时，判断为湿垃圾；当U＜F时，判断为干垃圾；且当d＞0，判断为有金属；当d＝0时，判断为无金属。
由于干湿垃圾中水分的差异，会引起电容的差异，因此，本发明利用电容传感器来感知电容的差别，从而达到区分干湿垃圾的作用，同时，袋装垃圾的温湿度也会对识别具有一定影响，且当袋装垃圾中含有较多金属时，电容传感器测得的数据与湿垃圾数值相近，因此采用金属传感器来检测金属的存在及强度，可对有金属的垃圾袋进行特殊处理，降低金属对识别的影响。因此，本方法以电容传感器为主，辅以金属传感器、温湿度传感器，对各传感器输出的数据进行权重赋值，补偿，最后得结果，并与事先设定好的阈值相比，得到干湿定性判断。全程只需要用户将袋装垃圾放于固定位置即可在几秒后得到判断结果，过程无需破坏垃圾袋。
本发明所述方法选用的设定阈值，经数次试验验证可得，具体训练过程如下：
假设袋装垃圾放入后，
电容传感器采集到值：
a1、a2....a10----取平均值(无单位，纯数值)---->a；
温湿度传感器采集到值：
温度：b1、b2...b10----取平均值------->b；
湿度：c1、c2....c10----取平均值------->c；
金属传感器采集到的值：
d1、d2....d10----取平均值(无单位，纯数值)---->d；
由于在不同温度下，水的节点常数受其影响，因此，需要采取温度补偿的方法来减少温度的影响，同理，空气湿度也会影响到结果，因此，对空气湿度也需要进行补偿：
对b,c进行处理：
以实验训练环境的普遍湿度35％为标准,c/35可得到比值m。
以实验训练时环境的普遍温度20℃为标准,查得水介电常数为80.10，b温度下的水介电常数为q，80.10/q可得到比值p。
具体训练过程如下(注明：这里的数据统指为各传感器输出，经权重赋值后的数据，如有添加其他数据会再次说明):
T1，对纯干垃圾(包括纸张、塑料、玻璃、衣物等，但不含金属)多次测量，每次更换各种干垃圾在垃圾袋里的比例，得到的数据组UG，设为：
G1,G2,G3,G4,G5......
T2，对纯湿垃圾(包括食物残渣、果皮、植物枝干等)进行同样处理，得到数据组US，设为S1,S2,S3,S4,S5......
结论一:如图2所示，G的数值波动范围定义为区间MIN，且G数值普遍偏小。S的数值波动范围定义为区间MAX，且S数值普遍偏大。MAX区间与MIN区间几乎无交集，因此本方法所述检测手段对于区分纯干垃圾(无金属)，纯湿垃圾的袋装垃圾具有极好的效果。
T3，我们对混有金属(铁皮、螺丝、螺母等)的干垃圾进行多次测试，得到数据组UN：N1,N2,N3,N4,N5.....在加入合适的权重(即公式(1)中的n)处理后的数据UM：M1,M2,M3,M4,M5......
结论二：N的数据波动大部分在MAX区间，少部分在MIN区间，所以要对其进行特殊处理，以便区分。在特殊处理后，M的数据大部分在MIN区间，少部分在MAX区间。因此在特殊处理后，该方法对大多数混有金属的干垃圾具有较好的识别效果，而不会因为混有金属而将干垃圾定性为湿垃圾。
T4，对混有金属(铁皮、螺丝、螺母等)的湿垃圾进行多次测试，得到数据组UP：P1,P2,P3,P4,P5......
结论三：P的数值波动大部分在MAX区间，少部分超出MAX区间。所以当混有金属时的袋装湿垃圾，其区分度更大，更有利于袋装垃圾干湿定性。
T5,对干湿垃圾混合组合的袋装垃圾进行多次测试，得到数据组UY：
Y1,Y2,Y3,Y4,Y5....
结论四：Y的数据波动比较大，波动范围定义为区间MID，MID区间与MIN区间的交集较小，而MID区间与MAX区间的交集较大。对混有部分湿垃圾的垃圾，则可认定为湿垃圾，符合实际的湿垃圾认定。
T6，将区间MIN内的最大值(即右边界值)暂定义为阈值F，F的值随实验大量训练样本，在图2所示圆圈内的范围进行调整，即区间MIN的最大值到区间MAX的最小值之间；经试验验证，训练的F取值是区间MAX的左边界时，干湿定性判断效果最好。
最终得到的数据总式为U＝p*a(1-m*z-d*n)；
式中，z为环境湿度因素的权值，n为金属因素的权值，本实施例中，z和n的值由训练过程训练出来的，此处，可取z＝0.05，n＝0.12。
采用本发明所述方法进行干湿垃圾识别试验时，试验结果如下表1所示：
表1
Figure BDA0002074778610000061
如图3所示，电容传感器、金属传感器20和温湿度传感器30设于一具有开口的箱体1内，箱体1内与开口相对的一侧设置金属传感器20，箱体1的相对两侧板内设有平行金属板10，平行金属板10连接电容传感器的通道，温湿度传感器30设于相邻开口处。
本实施例选用四通道电容传感器、金属感应线圈和温湿度传感器，各传感器数据由STM32F103单片机接收处理，判断结果可在显示屏(4.3’TFTLCD)上实时显示。STM32F103单片机内置入公式(1)所述算法及判断程序，阈值可预先设置或经调整后设置，设定阈值的选取根据具体检测情况而定。单片机可贴设于箱体的外表面，显示屏可设于箱体的上部，当袋装垃圾从开口处放入箱体内时，可自动或用户点击开始识别按钮，单片机即可控制电容传感器、金属传感器和温湿度传感器对袋装垃圾进行测量，并计算测量结果，输出判断结果为，含有/不含有金属的干/湿垃圾，用户根据输出结果将垃圾作为干垃圾或湿垃圾，放入不同类别的垃圾箱内，从而满足了用户对袋装垃圾的初步分类，操作简单，便于实施。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.袋装垃圾干湿识别方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1，采用电容传感器、金属传感器和温湿度传感器，分别测量袋装垃圾的电容、金属强度、温度和湿度；
S2，对各传感器的输出值作权重赋值，得到统一数据U：
U＝p*a(1-m*z-d*n)
式中，p为环境温度下水介电常数与平均温度下水介电常数的比值，a为平均电容值，m为平均湿度与环境湿度的比值，d为平均金属强度值，z为环境湿度因素的权值；n为金属因素的权值；
S3，比较U与设定阈值F，当U≥F时，判断为湿垃圾；当U＜F时，判断为干垃圾；且当d＞0，判断为有金属；当d＝0时，判断为无金属；
设定阈值F由以下训练过程得到：
T1，对袋装纯干垃圾进行多次测量，得到数据组UG，将UG的数值波动范围定义为区间MIN，
T2，对袋装纯湿垃圾进行多次测量，得到数据组US，将US的数值波动范围定位为区间MAX；区间MIN与区间MAX无交集，且区间MAX内的值均大于区间MIN内的值；
T3，对袋装混有金属的干垃圾进行多次测量，得到数据组UN，加入权重n处理后得到数据组UM，UM的值在MIN区间；
T4，对袋装混有金属的湿垃圾进行多次测量，得到数据组UP，UP的数值在MAX区间；
T5，对袋装干湿混合垃圾进行多次测量，得到数据组UY，UY的波动范围较大，定义为区间MID，区间MID与区间MIN的交集小于区间MID与区间MAX的交集；
T6，将区间MIN内的最大值与区间MAX的最小值之间的数值作为设定阈值F的取值范围。
2.根据权利要求1所述的袋装垃圾干湿识别方法，其特征在于：将区间MAX的最小值作为设定阈值F。
3.根据权利要求1所述的袋装垃圾干湿识别方法，其特征在于：所述纯干垃圾包括纸张、塑料、玻璃、衣物中的一种或多种；所述纯湿垃圾包括食物残渣、果皮、植物枝干中的一种或多种；所述金属包括铁皮、螺丝、螺母中的一种或多种。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的袋装垃圾干湿识别方法，其特征在于：电容传感器、金属传感器和温湿度传感器设于一具有开口的箱体内，
箱体内与开口相对的一侧设置金属传感器，箱体的相对两侧板内设有平行金属板，平行金属板连接电容传感器的通道，温湿度传感器设于相邻开口处；
袋装垃圾从开口处放入箱体内时，电容传感器、金属传感器和温湿度传感器对袋装垃圾进行测量。
5.根据权利要求4所述的袋装垃圾干湿识别方法，其特征在于：所述箱体连接有单片机和显示屏，单片机电性连接电容传感器、金属传感器和温湿度传感器，单片机采集并处理各传感器输出的数据，并与设定阈值进行判断，输出判断结果至所述显示屏。
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