CN111661514B - 一种光伏驱动的智能分类垃圾箱 - Google Patents

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Abstract

一种光伏驱动的智能分类垃圾箱，包括箱体，箱体内设置有干垃圾桶、湿垃圾桶、有害垃圾桶和可回收垃圾桶，箱体上安装有换料门；在箱体的一侧设置有投放口一，在投放口一处的箱体内安装有传送平台，在干垃圾桶、湿垃圾桶、有害垃圾桶和可回收垃圾桶的上方安装有与传送平台配合的分类平台，干垃圾桶、湿垃圾桶、有害垃圾桶和可回收垃圾桶分别设置在分类平台四周的下方，在分类平台上方的箱体内还安装有用于垃圾分类检测的摄像头；在箱体左、右、上、后四面分别安装太阳能板，在箱体内安装有用于电能储存和供电的蓄电池。该垃圾桶具有功能全面、技术开发与设备生产成本低、实用性强的优点，有效改变了现有垃圾箱分类困难、实用性差的局面。

Description

一种光伏驱动的智能分类垃圾箱
技术领域
本发明涉及垃圾箱技术领域，尤其是一种光伏驱动的智能分类垃圾箱。
背景技术
随着经济的发展，能源与环境成为人们日益关注的焦点，在生活水平不断提高的今天，人们制造的垃圾也逐渐增多。在日常生活中，大多数垃圾是通过简易堆放或填埋处理，容易导致臭气蔓延、污染土壤和地下水体。垃圾的处理和环境卫生、资源利用有着密切关联，将垃圾进行分类回收是解决它的最佳途径。
目前市面上有量产的分类垃圾箱，但是需要投放者人为进行分类，由于人们对各垃圾所属类型的辨识度较低，导致该类垃圾箱的分类效果较差。
目前市面上也有自动分类的垃圾箱，但有的采用机械臂进行分拣，导致设备生产与技术开发的成本高昂，同时能耗增大；有的仅具有单个垃圾分类功能，实用性差，且功能单一。
大部分现有垃圾箱周围的环境脏乱，虫鼠较多，气味难闻，在防火设施和光伏应用方面也还有待改善。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种基于卷积神经网络模型进行垃圾识别，且功能全面、零能耗、与环境友好协调的光伏驱动的智能分类垃圾箱。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，本发明是一种光伏驱动的智能分类垃圾箱，该垃圾箱包括箱体，箱体内设置有干垃圾桶、湿垃圾桶、有害垃圾桶和可回收垃圾桶，箱体上安装有换料门；在箱体的一侧设置有投放口一，在投放口一处的箱体内安装有传送平台，在干垃圾桶、湿垃圾桶、有害垃圾桶和可回收垃圾桶的上方安装有与传送平台配合的分类平台，干垃圾桶、湿垃圾桶、有害垃圾桶和可回收垃圾桶分别设置在分类平台四周的下方，在分类平台上方的箱体内还安装有用于垃圾分类检测的摄像头；在箱体左、右、上、后四面分别安装太阳能板，在箱体内安装有用于电能储存和供电的蓄电池，蓄电池与太阳能板连接。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的光伏驱动的智能分类垃圾箱，所述传送平台包括传送带、旋转台和用于控制传送带、旋转台动作的单片机，旋转台安装在传送带的上方，在传送带的端部安装有红外传感器，旋转台正上方的箱体上安装有用于垃圾检测的超声波传感器，在投放口一处的箱体上还安装有倾斜设置的垃圾导板。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的光伏驱动的智能分类垃圾箱，所述分类平台包括树莓派、分类平板、承重轴一、承重轴二、承重轴三、舵机一、舵机二、二折拉杆一和二折拉杆二，舵机一固定安装在承重轴一上，二折拉杆一的一端通过杆端关节轴承与分类平板相连，二折拉杆一的另一端与舵机一旋转轴固定连接；二折拉杆二的一端通过杆端关节轴承与分类平板相连，二折拉杆二的另一端与舵机二旋转轴固定连接；承重轴三的顶端通过杆端关节轴承与分类平板相连；摄像头、舵机一、舵机二均与树莓派连接。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的光伏驱动的智能分类垃圾箱，所述箱体内还安装有活性炭吸附器，活性炭吸附器包括方形容器和若干安装在方形容器内的活性炭包，在方形容器的两侧均安装有排气扇，在箱体上还安装有与排气扇配合的气体传感器。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的光伏驱动的智能分类垃圾箱，所述箱体内还安装有超声波驱虫器和灭菌灯，在湿垃圾桶上安装有半导体制冷器，在湿垃圾桶内表面安装有与半导体制冷器配合的温度传感器。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的光伏驱动的智能分类垃圾箱，所述箱体顶部还安装有灭火装置，灭火装置包括储水箱和安装在储水箱底部的消防喷淋头，箱体的底部设置有排水口，排水口上固定安装有过滤布。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的光伏驱动的智能分类垃圾箱，在箱体上还安装有灯带和与灯带配合使用的光敏传感器和热释电感应开关。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的光伏驱动的智能分类垃圾箱，所述箱体上安装有用于对外供电的插座，插座与蓄电池电连接，插座包括5VUSB接口和220V插座。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的光伏驱动的智能分类垃圾箱，箱体的前表面采用透明阻燃PVC塑料板制成，湿垃圾桶采用金属材料制作。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的光伏驱动的智能分类垃圾箱，在箱体的下部还设置有投放口二，投放口二处的箱体内安装有烟头垃圾盒和废弃电池盒。
与现有技术相比，本发明通过对太阳能技术和图像识别技术的应用，对现有分类垃圾箱进行了改进，本发明具有功能全面、技术开发与设备生产成本低、实用性强的优点，改变了现有垃圾箱分类困难、实用性差的局面，其干净整洁的环境能够很好的与人们和生态达到友好协调，具体优点如下：
1、可实现垃圾的自动分类；
2、通过离网型光伏发电系统对垃圾箱进行完全供电；
3、可防止垃圾箱散发异味；
4、可减缓垃圾的发酵腐败，抑制细菌繁衍、病毒滋生与传播。
5、赋予垃圾箱自动灭火功能；
6、可为路人提供应急充电服务；
7、可在夜间为路人和投放者提供照明。
8、可驱除虫鼠。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图；
图2为本发明的正视图；
图3为本发明的左视图；
图4为本发明的俯视图；
图5为本发明分类平台的部分结构示意图；
图6为本发明传送平台的结构示意图；
图7为本发明活性炭吸附器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1-7，一种光伏驱动的智能分类垃圾箱，在箱体内外增加太阳能板5、自动分类系统、活性炭吸附系统、空气传感器、储水池与消防喷淋头、半导体制冷系统、超声波驱虫器19等设备，通过单片机27控制这些设备来实现垃圾自动分类，使得垃圾箱功能集成化，并通过离网型光伏发电系统为垃圾箱进行完全供电，增强垃圾箱的实用性。
本申请的垃圾箱采用用金属框架构造箱体的基本骨架，并在其左边、右边、上边、后边这四个面分别安装太阳能板5，实现节能环保，降低后期运行成本，箱体前表面的材质为透明阻燃PVC塑料板，可直接看到垃圾是否溢出，便于环卫工人收集清空；箱内有四个分垃圾桶：干垃圾桶31、湿垃圾桶34、有害垃圾桶32、可回收垃圾桶33，四个分垃圾桶可通过换料门30取出进行清理。
电池、烟头通过设置在箱体上的投放口二20投入烟头垃圾盒21、废弃电池盒22。
湿垃圾桶34采用金属材料制作，具有良好的导热性，它内表面右壁装有温度传感器36，当检测到桶内温度过高时，单片机27会通过控制电路驱动湿垃圾桶34外部前表面下方的半导体制冷器35进行降温，抑制有机物的腐败，减少散发异味，温度阈值可设为22℃，同时半导体制冷器35的热端通过其系统内置的散热装置将热量导出箱体。
当垃圾箱内起火时，位于箱体上方的储水箱50所连接的闭式玻璃球喷头10自动感应并喷淋灭火，消防积水由排水口39排出垃圾箱，排水口39上固定有过滤布，储水箱50的水通过注水口12加入。
投放口一16、投放口二20采用可活动的防静电PVC板密封，避免投放时产生静电，无人投垃圾时通过自身重力下垂，实现投放口一16、投放口二20的封闭。
箱体下方的左上角放置有蓄电池1、太阳能控制器3、逆变器2，与太阳能板5构成离网型光伏发电系统，为箱体提供5V、12V、220V电源，并对多余的电能进行储存，便于在夜间或阴天正常供电，以及为路人提供应急充电服务，降低能耗，节约能源；蓄电池1、太阳能控制器3、逆变器2放置于铁盒4内，起到防火防水作用。
位于箱体左上方的220V插座9、5VUSB接口8可为路人提供充电服务；各电路接口处采用PVC电工绝缘胶带和热缩管进行双层包裹，起到防水作用。
活性炭吸附器23包括方形容器41、排气扇51、活性炭包40，方形容器41位于箱体左边的气体传感器6可检测箱内空气质量，当未检测到箱内空气过度污染时，单片机27通过控制电路指令活性炭吸附器23执行换气工作，换气频率可设置为每隔30分钟换气6分钟，当检测到过度污染时，单片机27可通过控制电路指令活性炭吸附器23进行无时限换气操作，直到过度污染解除后才恢复原指令，活性炭可通过换料门30取出做定期更换，以保证排出箱体外部的气体无异味。
超声波驱虫器19常开，对垃圾箱周围进行驱赶虫鼠。
位于箱体内的左边的灭菌灯7受单片机27程序控制，程序可设置为每隔12小时工作25分钟，抑制细菌繁衍、病毒滋生与传播。
摄像头13位于箱体上方的正中心，摄像头13下方安装有内置光敏电阻的面光源14，面光源14受单片机27控制，在外界光线环境发生变化时，为摄像头13提供恒定的总光照强度，保证垃圾识别不受光线影响。
位于箱体前表面上方的灯带11受单片机27控制，当夜晚有人经过时，单片机27通过光敏传感器25和热释电感应开关26点亮灯带11。
本申请的自动分离功能：
旋转台38和传送带17位于箱体右边的中上方，旋转台38正上方装有超声波传感器15，垃圾从投放口一16投入时，沿着垃圾导板37抵达旋转台38，垃圾导板37倾斜角度为45°；当超声波传感器15检测到旋转台38有垃圾时，给单片机27发出信号，单片机27接到信后后，通过控制电路驱动传送带17进行匀速运转，并同时通过PWM对旋转台38进行调速，使得旋转台38以恒定的速度梯度进行由慢到快的转动，由于各垃圾有不同的相对密度、旋转半径和外表面摩擦系数，使得各垃圾在旋转台38上所受到的径向合力不同，所以各垃圾从旋转台38上掉落的顺序不同，由于传送带17持续向前匀速运转，从而实现多个垃圾的分离；传送带17下连接有导液管18，将垃圾中的废液导入湿垃圾桶34。
本申请的分类平台29原理：
分类平台29包括承重轴一47、承重轴二48、承重轴三49、舵机一45、舵机二46、二折拉杆一44、二折拉杆二52、直杆型球头杆端关节轴承43、分类平板42、树莓派28；二折拉杆一44的一端与舵机一45旋转轴固定，另一端通过直杆型球头杆端关节轴承43与分类平板42相连；二折拉杆二52的一端与舵机二46旋转轴固定，另一端通过直杆型球头杆端关节轴承43与分类平板42相连；承重轴三49上端通过直杆型球头杆端关节轴承43与分类平板42相连，下端固定在箱体底面；承重轴一47、承重轴二48上端用于安装舵机，下端固定在箱体底面；树莓派28通过场效应管控制舵机一45、舵机二46动作。
当舵机一45正转时，带动二折拉杆一44下拉分类平板42，使其向左倾斜；当舵机一45反转时，带动二折拉杆一44上推分类平板42，使其反向向右倾斜；当舵机二46正转时，带动二折拉杆二52下拉分类平板42，使其向前倾斜；当舵机二46反转时，带动二折拉杆二52上推分类平板42，使其反向向后倾斜；从而实现分类平板42的前后左右倾斜。
本申请的自动分类功能：
收集垃圾图片，并按照所属类型定义为干垃圾、湿垃圾、有毒垃圾、可回收垃圾，构建数据集，在PC端进行卷积神经网络模型搭建与训练，对所得神经网络模型进行测试，当准确率高于91.5%后，将神经网络嵌入树莓派28，并在树莓派28上进行调参优化与测试，图像分辨率可定为800×600，判别阈值可设置为0.831，最终形成垃圾自动分类系统的主控；
当位于传送带17左端出口处的红外线传感器24检测到有垃圾经过时，红外线传感器24给树莓派28发送信号，树莓派28启动摄像头13，获取掉落在分类平台29上的垃圾图像，运行卷积神经网络进行图像识别，当垃圾属于可回收垃圾时，树莓派28控制舵机一45正转，二折拉杆一44下拉分类平板42向左倾斜，垃圾掉入可回收垃圾箱；当垃圾属于有害垃圾时，树莓派28控制舵机一45反转，二折拉杆一44上推分类平板42向右倾斜，垃圾掉入有害垃圾箱；当垃圾属于干垃圾时，树莓派28控制舵机二46正转，二折拉杆二52下拉分类平板42向箱内侧倾斜，垃圾掉入干垃圾箱；当垃圾属于湿垃圾时，树莓派28控制舵机二46反转，二折拉杆二52上推分类平板42向箱外侧倾斜，垃圾掉入湿垃圾箱，最终实现垃圾的自动分类；
舵机一45、舵机二46的旋转角度为±45°，确保推、拉后的分类平板42可使垃圾精准滑入各分垃圾桶；树莓派28是指Raspberry Pi，中文名为“树莓派28”，简写为RPi，是为学习计算机编程教育而设计，只有信用卡大小的微型电脑，其系统基于Linux。
本申请的发明点在于：
通过离网型光伏发电系统对垃圾箱进行太阳能完全供电，实现箱体零能耗运行。
1、分类平台包括承重轴一、承重轴二、承重轴三、舵机一、舵机二、二折拉杆一、二折拉杆二、直杆型球头杆端关节轴承、分类平板；当舵机一或舵机二正转时，带动二折拉杆一或二折拉杆二下拉分类平板，使它倾斜；当舵机一或舵机二反转时，带动二折拉杆一或二折拉杆二上推分类平板，使它反向倾斜。
2、通过将PC端训练好的卷积神经网络模型移植到嵌入式设备，形成垃圾自动分类系统的主控，通过主控识别垃圾，对分类平台进行控制，实现垃圾自动分类。
4、通过控制电路驱动传送带进行匀速运转，并同时通过PWM对旋转台进行调速，使得旋转台以恒定的速度梯度进行由慢到快的转动，实现多个垃圾的分离。
5、空气传感器和活性炭吸附系统组成除异味装置，组成除异味系统。
6、温度传感器检测到桶温高于22℃时，驱动半导体制冷系统。
7、太阳能分类垃圾箱在箱体外部附带应急充电口。
8、箱体内装有超声波驱虫器，具有驱赶虫鼠功能。

Claims (1)

1.一种光伏驱动的智能分类垃圾箱，其特征在于：该垃圾箱包括箱体，箱体内设置有干垃圾桶、湿垃圾桶、有害垃圾桶和可回收垃圾桶，箱体上安装有换料门；在箱体的一侧设置有投放口一，在投放口一处的箱体内安装有传送平台，在干垃圾桶、湿垃圾桶、有害垃圾桶和可回收垃圾桶的上方安装有与传送平台配合的分类平台，干垃圾桶、湿垃圾桶、有害垃圾桶和可回收垃圾桶分别设置在分类平台四周的下方，在分类平台上方的箱体内还安装有用于垃圾分类检测的摄像头；在箱体左、右、上、后四面分别安装太阳能板，在箱体内安装有用于电能储存和供电的蓄电池，蓄电池与太阳能板连接；
所述传送平台包括传送带、旋转台和用于控制传送带、旋转台动作的单片机，旋转台安装在传送带的上方，在传送带的端部安装有红外传感器，旋转台正上方的箱体上安装有用于垃圾检测的超声波传感器，在投放口一处的箱体上还安装有倾斜设置的垃圾导板；
所述分类平台包括树莓派、分类平板、承重轴一、承重轴二、承重轴三、舵机一、舵机二、二折拉杆一和二折拉杆二，舵机一固定安装在承重轴一上，二折拉杆一的一端通过杆端关节轴承与分类平板相连，二折拉杆一的另一端与舵机一旋转轴固定连接；二折拉杆二的一端通过杆端关节轴承与分类平板相连，二折拉杆二的另一端与舵机二旋转轴固定连接；承重轴三的顶端通过杆端关节轴承与分类平板相连；摄像头、舵机一、舵机二均与树莓派连接；
所述箱体内还安装有活性炭吸附器，活性炭吸附器包括方形容器和若干安装在方形容器内的活性炭包，在方形容器的两侧均安装有排气扇，在箱体上还安装有与排气扇配合的气体传感器；
所述箱体内还安装有超声波驱虫器和灭菌灯，在湿垃圾桶上安装有半导体制冷器，在湿垃圾桶内表面安装有与半导体制冷器配合的温度传感器；
所述箱体顶部还安装有灭火装置，灭火装置包括储水箱和安装在储水箱底部的消防喷淋头，箱体的底部设置有排水口，排水口上固定安装有过滤布；
在箱体上还安装有灯带和与灯带配合使用的光敏传感器和热释电感应开关；
所述箱体上还安装有用于对外供电的插座，插座与蓄电池电连接，插座包括5VUSB接口和220V插座；
箱体的前表面采用透明阻燃PVC塑料板制成，湿垃圾桶采用金属材料制作；
在箱体的下部还设置有投放口二，投放口二处的箱体内安装有烟头垃圾盒和废弃电池盒。
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