CN110562623A - 一种智能垃圾分类系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能垃圾分类系统,该垃圾分类系统包括:设置在社区内的多个垃圾分类子系统、无线传感器网络子系统和远程监控终端;其中,垃圾分类子系统包括:图像采集模块、垃圾分类模块、控制模块、语音播报模块和分类垃圾桶。本发明通过对待投放垃圾进行识别,进而通过控制模块控制相应的桶体的投放口开启,从而能够对垃圾进行正确分类,避免人们乱投放垃圾,再则通过语音播报方式播报待投放垃圾的分类结果,也便于人们在投放垃圾的同时学习了如何对垃圾进行分类。
Description
技术领域
本发明涉及无线传感器网络技术领域,具体涉及一种智能垃圾分类系统。
背景技术
随着中国的经济发展和城市化进程,居民生活产生的垃圾也越来越多;中国有将近三分之二的城市被垃圾环带包围,而不当的垃圾处理,会造成了一系列严重危害。目前,部分城市为改善生活环境,陆续发布一系列生活垃圾分类管理政策,如上海市针对生活垃圾进行分类,分为可回收物、厨余垃圾、有害垃圾、其他垃圾四类,通过从上游对垃圾进行分类,提高在下游的垃圾处理厂处理效率。而垃圾分类现阶段主要还是依靠分拣人员手动进行,分拣人员需要自己做垃圾的归类做出判断并送入相应分类的垃圾箱中,据统计分拣人员平均每分钟做出40次分拣动作,存在工作强度大、工作效率低且长期工作后错分率高的缺点。
发明内容
针对上述问题,本发明提供一种智能垃圾分类系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现:
一种智能垃圾分类系统,该垃圾分类系统包括:设置在社区内的多个垃圾分类子系统、无线传感器网络和远程监控终端;
所述垃圾分类子系统包括:图像采集模块、垃圾分类模块、控制模块、语音播报模块和分类垃圾桶;其中,所述分类垃圾桶包括:多个桶体,所述的多个桶体用来投放不同类型的垃圾;
所述图像采集模块,用于获取待投放垃圾的图像,并将其发送至所述垃圾分类模块;
所述垃圾分类模块,用于对所述图像进行处理,根据处理结果对所述待投放垃圾进行分类,并将分类结果分别发送至所述控制模块和语音播报模块;
所述控制模块,用于根据分类结果,生成相应的控制指令以驱动所述分类垃圾桶的相应桶体的投放口开启;
所述语音播报模块,用于接收所述分类结果,并播报所述待投放垃圾的类型;
所述无线传感器网络包括:设置在各个桶体内的传感器节点和与所述远程监控终端通信连接的基站设备;其中,所述传感器节点,用于监测其所在桶体内的垃圾量,并向所述基站设备发送监测数据,所述监测数据包括:其所在桶体内的垃圾量、该桶体中的垃圾类型以及该桶体的位置信息;所述基站设备汇聚各个传感器节点的监测数据并发送至所述远程监控终端;
所述远程监控终端,用于根据接收到的监测数据,实时监测各桶体内的垃圾量,并在桶体内的垃圾量超过预设的垃圾量阈值时,发出预警信息。
优选地,所述传感器节点包括:用于检测其所在桶体内的垃圾量的传感器单元和用于定位的GPS单元。
优选地,所述分类垃圾桶包括:可回收垃圾桶体、厨余垃圾桶体、有害垃圾桶体和其他垃圾桶体。
优选地,所述传感器节点还包括:与所述传感器单元和GPS单元连接的供电单元。
优选地,所述无线传感器网络是分簇结构,所述传感器节点在网络启动时刻进行分簇,从而确定多个传感器节点作为簇首节点,其余的传感器节点加入到与其通信距离最近的簇首节点,成为相应簇首节点的簇成员节点;簇成员节点监测其所在桶体内的垃圾量,并发送监测数据至相应的簇首节点,簇首节点汇聚其簇成员节点发送的监测数据并发送至所述基站设备。
优选地,所述簇首节点按照自定义的分簇机制从传感器节点中选出,具体是:
(1)所述基站设备向各传感器节点发送分簇指令,各传感器节点接收到分簇指令后,与其通信范围内的邻居节点进行信息交互,各传感器节点接收其邻居节点交换的信息后,若满足下列条件,则该传感器节点有资格竞选簇首,并同时向所述基站设备发送“参与竞选簇首”信息;
式中,Eres(si)为传感器节点si的当前剩余能量值,Eres(sn)为传感器节点sn的当前剩余能量值,为传感器节点si的通信半径R(si)内的传感器节点构成的集合,且N(si)为集合内的传感器节点个数,ρ(si)为传感器节点si的属性评价值,Qth为预设的能够参与竞选的阈值,β是常量,其取值范围是(0,1);
(2)所述基站设备接收到所有有资格竞选簇首的传感器节点发送的“参与竞选簇首”消息后,所述基站设备从中选择M个传感器节点作为簇首,当选为簇首的传感器节点向全网发送“竞选成功”消息后,剩余传感器节点选择加入到与之通信距离最近的簇首中,成为相应簇首的簇成员节点,完成分簇操作,其中,M为预设的最优簇首个数。
本发明的有益效果为:
本发明通过对待投放垃圾进行识别,进而通过控制模块控制相应的桶体的投放口开启,从而能够对垃圾进行正确分类,避免人们乱投放垃圾,再则通过语音播报方式播报待投放垃圾的分类结果,也便于人们在投放垃圾的同时学习了如何对垃圾进行分类。
通过在各个桶体内设置传感器节点,进而方便环保人员可以通过远程监控终端了解各个桶体内的垃圾量,以便只针对桶体内垃圾量溢满的垃圾桶做回收工作,提高了环保人员的工作效率,节约了环保人员回收垃圾时间。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明,但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制,对于本领域的普通技术人员,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的垃圾分类系统的框架结构图;
图2是本发明实施例提供的垃圾分类子系统的框架结构图。
附图标记:垃圾分类子系统10、无线传感器网络子系统20、远程监控终端30、图像采集模块11、垃圾分类模块12、控制模块13、语音播报模块14、分类垃圾桶15。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
一种智能垃圾分类系统,该垃圾分类系统包括:设置在社区内的多个垃圾分类子系统10、无线传感器网络20和远程监控终端30;
所述垃圾分类子系统10包括:图像采集模块11、垃圾分类模块12、控制模块13、语音播报模块14和分类垃圾桶15;其中,所述分类垃圾桶15包括:多个桶体,所述的多个桶体用来投放不同类型的垃圾。
在一个可选的实施方式中,所述分类垃圾桶15包括:可回收垃圾桶体、厨余垃圾桶体、有害垃圾桶体和其他垃圾桶体。
所述图像采集模块11,用于获取待投放垃圾的图像,并将其发送至所述垃圾分类模块 12:
所述垃圾分类模块12,用于对所述图像进行处理,根据处理结果对所述待投放垃圾进行分类,并将分类结果分别发送至所述控制模块13和语音播报模块14;
所述垃圾分类模块12,用于对所述图像进行处理,具体是对图像依次进行降噪、增强处理后,提取该图像的特征参数,并将该特征参数与预存储的各类垃圾的特征参数进行比较,从而确定该待投放垃圾属于哪一类垃圾,并把相应的分类结果发送至所述控制模块13和语音播报模块14。
所述控制模块13,用于根据分类结果,生成相应的控制指令以驱动所述分类垃圾桶15 的相应桶体的投放口开启;
所述语音播报模块14,用于接收所述分类结果,并播报所述待投放垃圾的类型。
具体地,若待投放垃圾为厨余垃圾,控制模块13则生成相应的控制指令,该控制指令可以驱动分类垃圾桶的厨余垃圾桶体的投放口开启,以便人们将该垃圾投放到该桶体内,同时,语音播报模块14还会进行播报,告知人们该待投放垃圾为厨余垃圾,使得人们在投放垃圾的同时,也能够学习到垃圾分类的有关知识。
所述无线传感器网络20包括:设置在各个桶体内的传感器节点和与所述远程监控终端 3030通信连接的基站设备;其中,所述传感器节点,用于监测其所在桶体内的垃圾量,并向所述基站设备发送监测数据,所述监测数据包括:其所在桶体内的垃圾量、该桶体中的垃圾类型以及该桶体的位置信息;所述基站设备汇聚各个传感器节点的监测数据并发送至所述远程监控终端30;
所述远程监控终端30,用于根据接收到的监测数据,实时监测各桶体内的垃圾量,并在桶体内的垃圾量超过预设的垃圾量阈值时,发出预警信息。
优选地,所述传感器节点包括:用于检测其所在桶体内的垃圾量的传感器单元和用于定位的GPS单元。传感器单元用于检测其所在桶体内的垃圾量,以便于环保人员通过远程监控终端了解到各个桶体内的垃圾量,一旦发现该桶体内的垃圾量溢满时,环保人员通过GPS单元的定位信息可以了解到该桶体的位置,以便于环保人员有针对性地对垃圾进行回收。
优选地,所述传感器节点还包括:与所述传感器单元和GPS单元连接的供电单元。
优选地,所述无线传感器网络是分簇结构,所述传感器节点在网络启动时刻进行分簇,从而确定多个传感器节点作为簇首节点,其余的传感器节点加入到与其通信距离最近的簇首节点,成为相应簇首节点的簇成员节点;簇成员节点监测其所在桶体内的垃圾量,并发送监测数据至相应的簇首节点,簇首节点汇聚其簇成员节点发送的监测数据并发送至所述基站设备。
优选地,所述簇首节点按照自定义的分簇机制从传感器节点中选出,具体是:
(1)所述基站设备向各传感器节点发送分簇指令,各传感器节点接收到分簇指令后,与其通信范围内的邻居节点进行信息交互,各传感器节点接收其邻居节点交换的信息后,若满足下列条件,则该传感器节点有资格竞选簇首,并同时向所述基站设备发送“参与竞选簇首”信息:
式中,Eres(si)为传感器节点si的当前剩余能量值,Eres(sn)为传感器节点sn的当前剩余能量值,为传感器节点si的通信半径R(si)内的传感器节点构成的集合,且N(si)为集合内的传感器节点个数,ρ(si)为传感器节点si的属性评价值,Qth为预设的能够参与竞选的阈值,β是常量,其取值范围是(0,1);其中,传感器节点的属性是指:关于该传感器节点的计算能力、存储能力、传输能力、发射功率、接收功率等的综合能力评价值,该传感器节点的综合评价值越高,代表该传感器节点更有资格竞选簇首;
(2)所述基站设备接收到所有有资格竞选簇首的传感器节点发送的“参与竞选簇首”消息后,所述基站设备从中选择M个传感器节点作为簇首,当选为簇首的传感器节点向全网发送“竞选成功”消息后,剩余传感器节点选择加入到与之通信距离最近的簇首中,成为相应簇首的簇成员节点,完成分簇操作,其中,M为预设的最优簇首个数。
本优选实施例通过自定义的分簇机制从传感器节点中选出能够参与竞选簇首的传感器节点,在竞选过程中,筛除了那些没有资格参与竞选簇首的传感器节点,能够减少簇首竞争的时间,且能够使得剩余能量大的、传感器节点的属性好的、且密度高的传感器节点更有资格参与竞选簇首节点,从而能够将监测数据能够快速的发送至远程监控终端30,从而使得环保人员能够及时了解各个桶体内垃圾的垃圾量,以便于在桶体内垃圾溢满时,环保人员能够及时准确的对垃圾进行回收。
在一个可选的实施方式中,所述的所述基站设备从中选择X个传感器节点作为簇首,具体是:
(1)有资格竞选簇首的传感器节点计算各自的自信指数,并将其发送至所述基站设备,其中,传感器节点sk的自信指数的计算式子为:
(2)所述基站设备将接收到的各传感器节点的自信指数进行降序排列,并从中选择排序靠前的X个传感器节点作为簇首。
式中,为传感器节点sk的的自信指数,d(sk,BS)为传感器节点sk与基站设备之间的空间距离,Nmax为传感器节点sk的最大感知范围内的传感器节点个数,Nmin为传感器节点sk的最小感知范围内的传感器节点个数,Rs(sk)max、Rs(sk)min分别为传感器节点sk的最大感知半径和最小感知半径,Eres(sk)为传感器节点sk的剩余能量值,Pmax(sk)、Pmin(sk)分别为传感器节点sk的最大发射功率和最小发射功率,Pth(sk)为传感器节点sk作为簇首时所允许的最低发射功率,其中,
本优选实施例通过从参与竞选的传感器节点中选出X个传感器节点作为簇首节点,本实施例通过计算各个参与竞选的传感器节点的自信指数,从而选择自信指数高的传感器节点作为簇首,在求解各传感器节点的自信指数时,不仅考虑其与基站设备空间距离的影响、其最大发射功率yuqi的影响,还考虑了该传感器节点最大感知范围内的传感器节点的密度以及最小感知范围内的传感器节点密度的影响,从而使得剩余能量大的、距离基站设备近的传感器节点当选为簇首,从而实现了均衡整个无线传感器网络的能耗,延长了整个无线传感器网络的使用寿命。
在一个可选的实施方式中,所述基站设备周期性地向各个簇首广播Hello消息,各个簇首接收到hello消息后,按照下式计算各自与所述基站设备直接通信的代价值,若其代价值不小于设定的代价阈值,则该簇首从其通信范围内选择一个剩余能量值大的簇首作为中继转发节点,与所述基站设备进行间接通信:所述Hello消息包括:所述基站设备的位置信息、所述基站设备与簇首进行直接通信的阈值:其中簇首headt与所述基站设备直接通信的代价值由下式确定:
式中,C(headt)为簇首headt与所述基站设备直接通信的代价值,M为簇首的个数,且 M=1,2,...,t,...,M,W(headt)为簇首headt的簇成员个数,为该无线传感器网络的平均簇成员个数,Rsmax(headt)、Rsmin(headt)为簇首headt的最大感知半径和最小感知半径,Rs(headt)为簇首headt的当前感知半径。
上述优选实施例中,通过计算各个簇首与基站设备直接通信的代价值,从而自主的选择与基站设备进行直接通信,还是间接通信,从而提高了簇首路由的灵活性,便于簇首根据实际情况调整与基站设备的通信方式,一定程度降低了簇首的能量损耗,均衡了整个无线传感器网络的能耗,延长了网络寿命。
本发明的有益效果为:
本发明通过对待投放垃圾进行识别,进而通过控制模块控制相应的桶体的投放口开启,从而能够对垃圾进行正确分类,避免人们乱投放垃圾,再则通过语音播报方式播报待投放垃圾的分类结果,也便于人们在投放垃圾的同时学习了如何对垃圾进行分类。
通过在各个桶体内设置传感器节点,进而方便环保人员可以通过远程监控终端了解各个桶体内的垃圾量,以便只针对桶体内垃圾量溢满的垃圾桶做回收工作,提高了环保人员的工作效率,节约了环保人员回收垃圾时间。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.一种智能垃圾分类系统,其特征在于,包括:设置在社区内的多个垃圾分类子系统、无线传感器网络和远程监控终端;
所述垃圾分类子系统包括:图像采集模块、垃圾分类模块、控制模块、语音播报模块和分类垃圾桶;其中,所述分类垃圾桶包括:多个桶体,所述的多个桶体用来投放不同类型的垃圾;
所述图像采集模块,用于获取待投放垃圾的图像,并将其发送至所述垃圾分类模块;
所述垃圾分类模块,用于对所述图像进行处理,根据处理结果对所述待投放垃圾进行分类,并将分类结果分别发送至所述控制模块和语音播报模块;
所述控制模块,用于根据分类结果,生成相应的控制指令以驱动所述分类垃圾桶的相应桶体的投放口开启;
所述语音播报模块,用于接收所述分类结果,并播报所述待投放垃圾的类型;
所述无线传感器网络包括:设置在各个桶体内的传感器节点和与所述远程监控终端通信连接的基站设备;其中,所述传感器节点,用于监测其所在桶体内的垃圾量,并向所述基站设备发送监测数据,所述监测数据包括:其所在桶体内的垃圾量、该桶体中的垃圾类型以及该桶体的位置信息;所述基站设备汇聚各个传感器节点的监测数据并发送至所述远程监控终端;
所述远程监控终端,用于根据接收到的监测数据,实时监测各桶体内的垃圾量,并在桶体内的垃圾量超过预设的垃圾量阈值时,发出预警信息。
2.根据权利要求1所述的垃圾分类系统,其特征在于,所述传感器节点包括:用于检测其所在桶体内的垃圾量的传感器单元和用于定位的GPS单元。
3.根据权利要求1所述的垃圾分类系统,其特征在于,所述分类垃圾桶包括:可回收垃圾桶体、厨余垃圾桶体、有害垃圾桶体和其他垃圾桶体。
4.根据权利要求2所述的垃圾分类系统,其特征在于,所述传感器节点还包括:与所述传感器单元和GPS单元连接的供电单元。
5.根据权利要求1所述的垃圾分类系统,其特征在于,所述无线传感器网络是分簇结构,所述传感器节点在网络启动时刻进行分簇,从而确定多个传感器节点作为簇首节点,其余的传感器节点加入到与其通信距离最近的簇首节点,成为相应簇首节点的簇成员节点;簇成员节点监测其所在桶体内的垃圾量,并发送监测数据至相应的簇首节点,簇首节点汇聚其簇成员节点发送的监测数据并发送至所述基站设备。
6.根据权利要求5所述的垃圾分类系统,其特征在于,所述簇首节点按照自定义的分簇机制从传感器节点中选出,具体是:
(1)所述基站设备向各传感器节点发送分簇指令,各传感器节点接收到分簇指令后,与其通信范围内的邻居节点进行信息交互,各传感器节点接收其邻居节点交换的信息后,若满足下列条件,则该传感器节点有资格竞选簇首,并同时向所述基站设备发送“参与竞选簇首”信息;
式中,Erse(si)为传感器节点si的当前剩余能量值,Eres(sn)为传感器节点sn的当前剩余能量值,为传感器节点si的通信半径R(si)内的传感器节点构成的集合,且N(si)为集合内的传感器节点个数,ρ(si)为传感器节点si的属性评价值,Qth为预设的能够参与竞选的阈值,β是常量,其取值范围是(0,1);
(2)所述基站设备接收到所有有资格竞选簇首的传感器节点发送的“参与竞选簇首”消息后,所述基站设备从中选择M个传感器节点作为簇首,当选为簇首的传感器节点向全网发送“竞选成功”消息后,剩余传感器节点选择加入到与之通信距离最近的簇首中,成为相应簇首的簇成员节点,完成分簇操作,其中,M为预设的最优簇首个数。
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