CN111377164B - 一种基于人工智能的垃圾分类纠错溯源管理装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种基于人工智能的垃圾分类纠错溯源管理装置及其方法，包括垃圾分类箱体，垃圾分类箱体表面设置有箱门，箱门边侧安装有挡光片，箱体的左、右、后侧面安装有支撑板，支撑板顶部的屋檐式挡板，屋檐式挡板上安装有太阳能供电装置，位于箱体的外围底部安装有重量检测装置，垃圾分类箱上方安装有LED指示装置，屋檐式挡板的内顶面安装录像装置，录像装置通过无线通信模块向远程云平台传递信息，所述的红外传感器、重量检测装置、LED指示装置、太阳能供电装置、录像装置、无线通信模块和图像存储装置与下位机相连，下位机与语音交互模块相连接。本发明有助于提高垃圾分类的正确率，减少后续人工垃圾分拣的工作量。

Description

一种基于人工智能的垃圾分类纠错溯源管理装置及其方法

技术领域

本发明涉及垃圾分类技术领域，特别涉及一种基于人工智能的垃圾分类纠错溯源管理装置及其方法。

背景技术

随着垃圾分类政策的实施，生活垃圾分类投放的观念逐渐深入人心。如何正确分类成为当前社会关注的焦点问题。常见的垃圾分类箱缺乏监督引导措施，实际应用效果并不理想。往往一些人由于对垃圾种类记忆强度不够而分类错误，甚至还有一些人故意错误地投放垃圾。这一系列错误行为为垃圾的后续处理造成了巨大的压力。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种基于人工智能的垃圾分类纠错溯源管理装置及其方法，具有引导教育、纠错溯源、环保节能、实施效果好的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于人工智能的垃圾分类纠错溯源管理装置，包括安装有控制模块的垃圾分类箱体21，垃圾分类箱体21表面设置有箱门11，所述的箱门11边侧安装有挡光片12，所述的箱体21的左、右、后侧面安装有支撑板15，支撑板15顶部的屋檐式挡板16，屋檐式挡板16上安装有太阳能供电装置6，位于箱体21的外围底部安装有重量检测装置4，垃圾分类箱21上方安装有LED指示装置5，屋檐式挡板16的内顶面安装录像装置7，录像装置7通过无线通信模块8向远程云平台9传递信息，所述的红外传感器3、重量检测装置4、LED指示装置5、太阳能供电装置6、录像装置7、无线通信模块8和图像存储装置10与下位机1相连，所述下位机1与语音交互模块2相连接，语音交互模块2位于垃圾分类箱体21上。

所述的垃圾分类箱体21分为“厨余垃圾”、“其它垃圾”、“可回收物”、“有害垃圾”四类，所述LED指示装置5连接下位机1，包含颜色分别为绿、橙、蓝、红的四个LED指示灯，分别对应“厨余垃圾”、“其它垃圾”、“可回收物”、“有害垃圾”四类。

所述的太阳能供电装置6包括太阳能电池板17、蓄电池组18和电能变换装置19，太阳能电池板17位于屋檐式挡板16外顶部，通过电能变换装置19连接至蓄电池组18，可以为整个装置供电。

所述的红外传感器3包含红外发射器13和接收器14，红外发射器13和接收器14位于垃圾箱内表面，挡光片12位于红外传感器3的发射器13和接收器14之间。

所述挡光片12固定在垃圾箱门11上，与箱门11所在平面垂直。

一种基于人工智能的垃圾分类纠错溯源管理装置的使用方法，包括以下步骤；

使用者讲出垃圾名目，语音交互模块2会以语音形式自动播报出对应垃圾种类，对应垃圾分类箱上方的LED指示装置5会闪烁，清晰地提示使用者应该投放的垃圾箱，同时下位机1控制红外传感器3通电；

当使用者打开了某个垃圾箱门11时，下位机1会检测到每个垃圾箱门11处红外传感器3输出的开关量的变化情况，判断出开箱是否正确，如果错误，语音交互模块2会发出第一次语音提醒“请正确投放！”，此时四个垃圾箱外围底部的重量检测装置4会在下位机1的控制下立即启动，记录并向下位机1反馈各个垃圾箱重量情况；

同时，下位机1启动延时，延时时间一般设定为10s～20s，给予当前使用者充足的改正机会，并且不会对下一位使用者的正常使用造成影响，延时期间系统会不断检测四个垃圾箱门11开关量变化；

如果在延时结束之前检测到错误箱门被关闭且正确垃圾箱门被打开，即垃圾箱门11与LED指示装置5逻辑变为一致，则系统会认为使用者在第一次的语音提醒下，已纠正自身行为，最终进行了正确的分类投放，不会启动录像装置7，反之，在延时结束系统会启动录像装置7；

此外，在第一次语音提醒后若检测到错误垃圾箱增重，则下位机1会计算其增重量，同时语音交互模块2会进行第二次提醒“垃圾分类投放错误，请纠正您的行为，正确分类投放！谢谢！”，若使用者在延时时间内打开了正确的垃圾箱(即纠错“开箱”正确)，且下位机1检测到重量变化量相匹配(即错误垃圾箱重量的减少量等于正确垃圾箱重量的增加量)，则说明使用者已将垃圾从错误垃圾箱中取出并正确分类投放，不会启动录像装置7；若延时结束使用者仍不纠正行为，则系统认定其故意为之，系统会通过无线通信模块8(或互联网)向远程云平台9传送“录像”指令，启动录像装置7进行“违规录像”，并上传至远程云平台9进行存储。同时在下位机1的控制许可下，“违规录像”也会进行本地存储，即同时备份在由下位机1控制的图像存储装置10中，进一步确保后续的纠错溯源工作有理可依、有据可查。

本发明的有益效果：

1、实时纠错：当使用者错误开箱、错误投入垃圾时，系统都会发出语音提醒，减少垃圾分类错误的可能。

2、纠错溯源：“违规录像”会及时记录故意错投者的违规行为，为后续的纠错教育提供依据。

3、环保节能：设有太阳能电池板，吸收太阳能转换成电能给蓄电池组充电。而且红外传感器、重量检测装置、LED指示装置和录像装置在休眠状态下不启动，减少电能的浪费。

4、引导教育：相比于一般垃圾分类箱，本发明装置具有语音指导、LED指示功能，帮助使用者进行正确的垃圾分类。

附图说明

图1为发明的硬件系统示意图。

图2为发明的工作流程图。

图3为垃圾分类纠错溯源装置整体结构示意图。

图4为垃圾箱门处内部局部放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明主要包括垃圾分类箱及其纠错溯源部分，以垃圾分类箱的下位机1为控制中心，连接有语音交互模块2、红外传感器3、重量检测装置4、LED指示装置5、太阳能供电装置6、录像装置7、无线通信模块8和图像存储装置10。语音交互模块2可以对使用者提出的垃圾名目进行准确识别，自动语音播报和LED指示装置相配合，共同指引使用者进行正确的垃圾分类，而且在开箱错误、投放错误的情况下，都会进行语音提醒。在下位机1的控制下，LED指示装置5辅助指示正确垃圾箱的位置(即在10s～20s的延时期间正确垃圾箱上方的指示灯会闪烁)，此外，也可以作为判断实际开箱正确与否的对照。红外传感器3作为垃圾箱门11打开或关闭的识别装置，其供电状态受下位机1控制，在语音识别出垃圾种类后启动，其发射器13发出的红外光被接收器14接收的情况可以反映出垃圾箱门11的状态，同时其接收器14以电信号的形式输出给下位机1，下位机1据此可以判断出使用者是否打开了正确的垃圾箱门。在语音第一次提醒(开箱错误)后，下位机1开始延时(一般设定为10s～20s)，延时期间系统会不断检测错误箱门是否被及时关闭且正确箱门是否被打开，同时启动重量检测装置4，向下位机1输出各垃圾箱的重量情况，若错误垃圾箱重量增加，下位机1计算其增加量。接着语音交互模块2发出第二次语音提醒，重量检测装置4会在延时时间内不断检测各垃圾箱21重量变化情况并输出给下位机1，下位机1通过比较错误垃圾箱重量减少量与正确垃圾箱重量增加量是否相匹配，来判断使用者是否改正自身行为。录像装置7的工作状态由下位机1控制，若在延时时间内，使用者打开正确垃圾箱，并且将错误垃圾箱中的垃圾重新投入正确垃圾箱中(即错误垃圾箱重量减少量与正确垃圾箱重量增加量相匹配)，下位机1不会启动录像装置7。若延时时间结束时使用者仍未改正，则系统会认定使用者故意错投垃圾，由无线通信模块8(或互联网)向远程云平台9传送“录像”指令，启动录像装置7进行“违规录像”，并上传至远程云平台9进行存储。同时在下位机1的许可下，“违规录像”也会进行本地存储，即同时备份在由下位机1控制的图像存储装置10中，进一步确保后续的纠错溯源工作有理可依、有据可查。

此外，本发明装置还具有太阳能供电装置6，位于垃圾箱顶部的太阳能电池板17吸收太阳光，经过电能变换装置19处理后，给蓄电池组18充电，从而为整个装置供电，减少对市电的使用，节约能源。

所述的所述语音交互模块2与下位机1相连接，根据使用者讲出的垃圾名目，系统自动语音播报出垃圾种类，同时对应垃圾箱上方的指示灯闪烁，进一步帮助使用者辨别垃圾种类。如果使用者打开了错误的垃圾箱，则语音交互模块2会发出第一次语音提醒“请正确投放！”。如果使用者不遵从语音提醒，执意将垃圾投入了错误的垃圾箱，语音交互模块2会进行第二次语音提醒“垃圾分类投放错误，请纠正您的行为，正确分类投放！谢谢！”。

所述红外传感器3包含红外发射器13和接收器14，位于垃圾箱内表面，且靠近垃圾箱门11，与挡光片12配合工作，构成判断垃圾箱门“开”或“关”状态的识别装置。所述红外传感器3的供电由下位机1控制，在语音识别后通电，其接收器14根据接收到的红外光强度的不同，产生不同的开关量，输出给下位机1，下位机1据此可以判断出各个垃圾箱门的“开”或“关”状态，进一步检测此信号与LED指示信号是否一致，由此可以判断出用户打开的垃圾箱是否正确。

所述重量检测装置4位于各个垃圾箱体21的底部，受控于下位机1，正常下不通电，节能省电。当语音交互模块2发出开箱错误的第一次提醒后，重量检测装置4在下位机1的控制下启动，记录各个垃圾箱初始重量情况并传输给下位机1，当使用者错误投入了垃圾后，垃圾箱重量会发生变化，其底部的重量检测装置4会向下位机1继续输出新的重量，下位机1计算增重量，作为之后纠正箱与错误箱匹配的依据。

所述LED指示装置5连接下位机1，包含颜色分别为绿、橙、蓝、红的四个LED指示灯，分别对应“厨余垃圾”、“其它垃圾”、“可回收物”、“有害垃圾”四类，辅助语音交互模块2进行垃圾类别的提示引导。进一步地，正确垃圾箱上方的指示灯会闪烁，清楚地告知使用者对应垃圾的种类。在随后可能的开箱错误、投放错误的情况下，且系统返回之前(即本次垃圾投放任务未完成，新的分类任务未开始)，LED指示装置5会为使用者指示正确的垃圾箱，帮助使用者纠正自身行为，当系统延时(10s～20s)结束且录像完成后，LED指示灯会自动关闭，节电节能。

所述的太阳能供电装置6为整个装置供电。太阳能供电装置6由太阳能电池板17、蓄电池组18和电能变换装置19组成，在晴天时吸收太阳光，经过电能变换后储存在蓄电池组18中，在阴雨天时蓄电池组18可以为整个装置供电，减少对市电的使用，节能环保。

所述录像装置7位于屋檐式挡板16檐下，受下位机1控制，投放正确或休眠状态下录像装置7不工作，减少电能损耗，当使用者打开错误垃圾箱，且不按照语音交互模块2的提醒，在错误的垃圾箱中继续投放垃圾，且在延时(10s～20s)时间内不纠正，则在延时结束后，系统会通过无线通信模块8(或互联网)向远程云平台9传送“录像”指令，启动录像装置7进行“违规录像”，并上传至远程云平台9进行存储，同时也进行本地存储备份，录像将包括正确指示灯和错误垃圾箱及使用者的画面。

所述无线通信模块8受下位机1控制，完成“录像”指令的传送并且将“违规录像”的上传至远程云平台9，为后续的纠错溯源教育提供依据，帮助规范使用者的行为，促进垃圾分类政策的落实。

所述图像存储装置10与下位机1相连，在下位机1的控制下，完成“违规录像”的本地存储功能，作为备份资料，进一步确保后续的纠错溯源工作有理可依、有据可查。

参见图2，本发明的工作流程如下：在装置初始化后，使用者讲出垃圾名目，本发明装置会通过语音交互模块2和LED指示装置5，多方位引导使用者打开对应的垃圾箱，正确分类投放。如果使用者打开了错误的垃圾箱门，在下位机1的控制下，语音交互模块2发出第一次语音提醒“请正确投放！”，系统开始延时(一般设定为10s～20s)。如果使用者在延时时间内打开正确的垃圾箱进行投放，系统将不会启动录像装置7；反之，若使用者执意将垃圾投入错误垃圾箱，则错误垃圾箱会增重，外围底部的重量检测装置4会向下位机1输出变化的重量，下位机1计算错误垃圾箱的增重量，语音交互模块2同时发出第二次语音提醒“垃圾分类投放错误，请纠正您的行为，正确分类投放！谢谢！”。此时若使用者打开正确垃圾箱，将错误垃圾箱中的垃圾取出并重新投入正确垃圾箱中(即错误垃圾箱重量减少量与正确垃圾箱重量增加量相匹配)，下位机1不会启动录像装置7。若延时期间使用者不纠正错误，则在延时结束后，系统会通过无线通信模块8(或互联网)向远程云平台9传送“录像”指令，启动录像装置7进行“违规录像”，并上传至远程云平台9进行存储。同时在下位机1的控制许可下，“违规录像”也会进行本地存储，即同时备份在由下位机1控制的图像存储装置10中，进一步确保后续的纠错溯源工作有理可依、有据可查。

参见图3，垃圾分类纠错溯源整体结构示意图，所述垃圾分类箱四个为一组，其左、右、后侧面安装有支撑板15，支撑顶部的屋檐式挡板16。录像装置7安装在屋檐式挡板16的内顶面。太阳能供电装置包括太阳能电池板17、蓄电池组18和电能变换装置19，其中太阳能电池板17位于屋檐式挡板16外顶部，吸收太阳光。下位机1、语音交互模块2、电能变换装置19、蓄电池组18、无线通信模块8和图像存储装置10均安装在综合控制箱20中。红外传感器3及挡光片12处于垃圾箱门11边侧，且红外传感器3安装在垃圾箱内壁，二者结构参见图4。所述箱体21底部安装有重量检测装置4，将垃圾箱内重量变化情况反馈给下位机1。LED指示装置5安装在对应垃圾分类箱21的上方，辅助提示使用者垃圾的种类，也可以辅助录像装置7完成实时有效监控。下位机1通过无线通信模块8与远程云平台9建立连接，上传“违规录像”，同时在图像存储装置10中进行本地备份。

参见图4，垃圾分类纠错溯源管理装置的垃圾箱门处内部局部放大示意图，将图3中的箱门“开”“关”的识别装置——挡光片12及红外传感器3结构放大。如图4所示，红外传感器3由发射器13和接收器14构成，挡光片12固定在箱门11上，与箱门11所在平面垂直，且随箱门11一起运动。当箱门11关闭时，挡光片12处于红外传感器3的发射器13和接收器14之间，阻挡红外光的传播；若将箱门11打开，则挡光片12离开发射器13和接收器14的中间位置，接收器14向下位机输出的电信号发生变化，从而得知垃圾箱门11状态的变化，进一步地，判断出使用者打开的垃圾箱门11是否正确。

Claims (5)

1.一种基于人工智能的垃圾分类纠错溯源管理装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤；

使用者讲出垃圾名目，语音交互模块(2)会以语音形式自动播报出对应垃圾种类，对应垃圾分类箱上方的LED指示装置(5)会闪烁，清晰地提示使用者应该投放的垃圾箱，同时下位机(1)控制红外传感器(3)通电；

当使用者打开了某个箱门(11)时，下位机(1)会检测到每个箱门(11)处红外传感器(3)输出的开关量的变化情况，判断出开箱是否正确，如果错误，语音交互模块(2)会发出第一次语音提醒“请正确投放！”，此时四个垃圾箱外围底部的重量检测装置(4)会在下位机(1)的控制下立即启动，记录并向下位机(1)反馈各个垃圾箱重量情况；

同时，下位机(1)启动延时，延时时间一般设定为10s～20s，给予当前使用者充足的改正机会，并且不会对下一位使用者的正常使用造成影响，延时期间系统会不断检测四个箱门(11)开关量变化；

如果在延时结束之前检测到错误箱门被关闭且正确垃圾箱门被打开，即箱门(11)与LED指示装置5逻辑变为一致，则系统会认为使用者在第一次的语音提醒下，已纠正自身行为，最终进行了正确的分类投放，不会启动录像装置(7)，反之，在延时结束系统会启动录像装置(7)；

此外，在第一次语音提醒后若检测到错误垃圾箱增重，则下位机(1)会计算其增重量，同时语音交互模块(2)会进行第二次提醒“垃圾分类投放错误，请纠正您的行为，正确分类投放！谢谢！”，若使用者在延时时间内打开了正确的垃圾箱，且下位机(1)检测到重量变化量相匹配，则说明使用者已将垃圾从错误垃圾箱中取出并正确分类投放，不会启动录像装置(7)；若延时结束使用者仍不纠正行为，则系统认定其故意为之，系统会通过无线通信模块8向远程云平台(9)传送“录像”指令，启动录像装置(7)进行“违规录像”，并上传至远程云平台(9)进行存储；同时在下位机(1)的控制许可下，“违规录像”也会进行本地存储，即同时备份在由下位机(1)控制的图像存储装置(10)中，进一步确保后续的纠错溯源工作有理可依、有据可查；

所述方法通过一种基于人工智能的垃圾分类纠错溯源管理装置实现，包括安装有控制模块的垃圾分类箱体(21)，垃圾分类箱体(21)表面设置有箱门(11)，所述的箱门(11)边侧安装有挡光片(12)，所述的垃圾分类箱体(21)的左、右、后侧面安装有支撑板(15)，支撑板(15)顶部的屋檐式挡板(16)，屋檐式挡板(16)上安装有太阳能供电装置(6)，位于垃圾分类箱体(21)的外围底部安装有重量检测装置(4)，垃圾分类箱体(21)上方安装有LED指示装置(5)，屋檐式挡板(16)的内顶面安装录像装置(7)，录像装置(7)通过无线通信模块(8)向远程云平台(9)传递信息，红外传感器(3)、重量检测装置(4)、LED指示装置(5)、太阳能供电装置(6)、录像装置(7)、无线通信模块(8)和图像存储装置(10)与下位机(1)相连，所述下位机(1)与语音交互模块(2)相连接，语音交互模块(2)位于垃圾分类箱体(21)上。

2.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的垃圾分类纠错溯源管理装置的使用方法，其特征在于，所述的垃圾分类箱体(21)分为“厨余垃圾”、“其它垃圾”、“可回收物”、“有害垃圾”四类，所述LED指示装置(5)连接下位机(1)，包含颜色分别为绿、橙、蓝、红的四个LED指示灯，分别对应“厨余垃圾”、“其它垃圾”、“可回收物”、“有害垃圾”四类。

3.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的垃圾分类纠错溯源管理装置的使用方法，其特征在于，所述的太阳能供电装置(6)包括太阳能电池板(17)、蓄电池组(18)和电能变换装置(19)，太阳能电池板(17)位于屋檐式挡板(16)外顶部，通过电能变换装置(19)连接至蓄电池组(18)。

4.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的垃圾分类纠错溯源管理装置的使用方法，其特征在于，所述的红外传感器(3)包含红外发射器(13)和接收器(14)，红外发射器(13)和接收器(14)位于垃圾箱内表面，挡光片12位于红外传感器(3)的红外发射器(13)和接收器14之间。

5.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的垃圾分类纠错溯源管理装置的使用方法，其特征在于，所述挡光片(12)固定在箱门(11)上，与箱门(11)所在平面垂直。