CN111874477A - 一种基于人工智能的垃圾分类箱溢满检测装置及其方法 - Google Patents

一种基于人工智能的垃圾分类箱溢满检测装置及其方法 Download PDF

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Abstract

一种基于人工智能的垃圾分类箱溢满检测装置及其方法，包括垃圾分类箱体，所述垃圾分类箱体，所述垃圾分类箱体的箱内顶面设置有T型导轨滑台，所述T型导轨滑台上设置有超声波传感器，超声波传感器沿T型导轨滑台上进行二维范围内自由移动，超声波传感器输出端连接微处理器，超声波传感器用于检测垃圾分类箱体内部垃圾的容量。本发明能够提高垃圾清运效率、改善垃圾分类箱周边环境质量、提高资源利用率。

Description

一种基于人工智能的垃圾分类箱溢满检测装置及其方法
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箱溢满检测装置及其方法。
背景技术
生活中常见的垃圾分类箱没有溢满检测功能，其溢满状态未知，往往依靠人工定时清运，存在效率低、时效性差的弊端。通常会因为垃圾溢出引发二次污染，影响垃圾分类箱周围环境，一定程度上弱化了垃圾分类的有益效果。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于人工智能的垃圾分类箱溢满检测装置及其方法，可以对垃圾分类箱的剩余容量进行实时检测，在与设定阈值比较后可以反映出垃圾分类箱溢满状况，及时提醒用户并上传清运请求，对于提高垃圾清运效率、改善垃圾分类箱周边环境质量、提高资源利用率等具有重要意义。
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箱溢满检测装置，包括垃圾分类箱体11，所述垃圾分类箱体11的箱盖内表面设置有T型导轨滑台9，所述T型导轨滑台9上设置有超声波传感器2，超声波传感器2沿T型导轨滑台9上进行二维范围内自由移动，超声波传感器2输出端连接微处理器1，超声波传感器2用于检测垃圾分类箱体11内部垃圾的容量。
所述T型导轨滑台9由两根相互垂直的导轨及其相交处的滑动部件构成，在电机的带动下导轨相互配合交叉滑动。
所述超声波传感器2通过步进电机8控制移动，步进电机8通过电机驱动模块7与微处理器1相连。
所述垃圾分类箱体11表面设置有LED指示装置3，LED指示装置3输入端连接微处理器1的输出端。
所述垃圾分类箱体11表面设置有定位模块6，定位模块6用于获取垃圾分类箱的位置信息，并发送给微处理器1。
所述微处理器1输出端连接无线通信模块4的输入端，无线通信模块4输出端连接远程云平台5。
所述微处理器1为低功耗嵌入式微处理器LPC2103。
所述超声波传感器2包括超声波发射器12和超声波接收器13，超声波发射器12发出8个40kHz的脉冲信号，经垃圾分类箱11内的垃圾反射后，被超声波接收器13所捕获，超声波接收器13向微处理器1发送回响信号。
一种基于人工智能的垃圾分类箱溢满检测方法，包括以下步骤；
根据微处理器1发出的控制信号，在电机驱动模块7的驱动下，步进电机8工作，超声波传感器2会在T型导轨滑台9上自由移动，遍及垃圾分类箱11内顶面的有效位置，并不断向下发出超声波，检测垃圾分类箱11内各个位置垃圾存放情况，以高电平形式反馈给微处理器1，微处理器1计算垃圾分类箱11剩余容量后与设定阈值比较，判断出垃圾分类箱溢满状况；
当垃圾分类箱容量充足时，LED指示装置3亮起绿色指示灯，告知使用者垃圾分类箱11可以正常投放垃圾；若检测到垃圾分类箱11剩余容量小于设定阈值，则LED指示装置3亮起红色指示灯，提醒使用者此处垃圾分类箱11即将溢满，同时由无线通信模块4向远程云平台5发送包含垃圾分类箱11位置信息在内的溢满清运请求；
当溢满垃圾分类箱11内的垃圾被处理完成后，LED指示装置3转换状态，熄灭红色指示灯，亮起绿色指示灯，表示此处垃圾分类箱11已恢复正常使用状态，可以继续进行垃圾分类投放。
本发明的有益效果：
1、无需人员值守，自动检测垃圾分类箱溢满状态，自动发出清运请求，节省人力资源，高效环保，减少了垃圾溢出引起二次污染的可能。
2、由于传感器可以在垃圾分类箱内顶面自由移动，因此能实现垃圾分类箱内“无死角”容量检测，精度高。在应对一些形状极不规则的垃圾(如长立柱桩垃圾)时，仍具有可靠灵敏度。
3、“即将溢满”状态判定的阈值可以由软件自由设定(无须调整机械结构)，结合所在地居民投放垃圾的频率(反映垃圾分类箱溢满速度)进行灵活调整，提前预警、做出清运安排，进一步防止垃圾溢出污染周边环境。
4、整个装置使用的微处理器及外围电路功耗低，溢满检测可以根据实际需求设定时间间隔，在不影响系统正常功能的前提下，减少电能的耗费。
附图说明
图1为发明的硬件系统示意图。
图2为发明的溢满检测工作流程图。
图3为垃圾分类箱整体结构图示意图。
图4为垃圾分类箱内顶面放大示意图。
图5为超声波传感器的运动路径规划示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1图3，一种基于人工智能的垃圾分类箱溢满检测装置及其方法，硬件包括微处理器1、超声波传感器2、LED指示装置3、无线通信模块4、定位模块6、电机驱动模块7、步进电机8和T型导轨滑台9。其中超声波传感器2、LED指示装置3、无线通信模块4、定位模块6、电机驱动模块7与微处理器1直接相连。电机驱动模块7在微处理器1的控制下，对步进电机8的工作模式进一步的控制，包括转向和调速等。
超声波传感器2数量只需一个,安装在T型导轨滑台9的两根导轨交点处的滑动部件上，所述T型导轨滑台9位于垃圾箱盖内表面，由两根相互垂直的导轨及其相交处的滑动部件构成，在电机的带动下导轨相互配合交叉滑动，从而不断移动交点位置(即超声波传感器安装处)的坐标，如图5所示。所述超声波传感器2在T型导轨滑台9上随导轨交点处的滑动部件在二维平面(垃圾箱盖内表面)自由移动，具体运动路径规划见附图5说明。
相比于常规的侧面对射式传感器，本发明采用的安装于箱盖内表面的超声波传感器2具有显著优势。常规的侧面对射式传感器安装位置固定(如安装距箱底在80％处)，而同一地点的居民在不同时期投放垃圾频率会有所差异(如节假日期间学校垃圾投放频率会明显降低，垃圾量达到90％时再预警也足够，减少垃圾清运次数)，常规的侧面对射式传感器安装后调节溢满预警阈值需要进行机械结构的改变(如拆卸对射式传感器重新固定到距离箱底90％的位置处)，操作难度较大。而本发明的方案中，微处理器1将垃圾箱顶盖到垃圾面的测距值与软件设定阈值相比较，实现垃圾箱溢满预警，在需要改变溢满阈值时，只需要更改软件阈值设定，不需要改变传感器安装位置，无须机械结构调整，灵活方便。
在步进电机8的带动下，T型导轨滑台9可以伸缩移动，带着超声波传感器2在平面有效范围内自由运动，检测垃圾分类箱11各位置容量使用情况，并将检测结果以高电平形式反馈给微处理器1，微处理器1进行数据计算并与阈值比较，判断垃圾分类箱11溢满状况，溢满则由LED指示装置3亮起红色指示灯提醒使用者，同时获取定位模块6的位置信息，通过无线通信模块4向远程云平台5发送包含溢满垃圾分类箱11位置信息在内的清运请求，及时对溢满垃圾分类箱11进行处理，防止垃圾外溢造成二次污染。
所述T型导轨滑台9安装在垃圾分类箱内顶面，可以在所述步进电机8的拖动下带着超声波传感器2在垃圾分类箱内顶面二维范围内自由移动。所述电机驱动模块7在微处理器1的控制下进行步进电机8工作模式的调节。所述LED指示装置3受控于微处理器1，在垃圾分类箱11处于不同状态(容量充足或溢满)时亮起不同指示灯，以告知使用者垃圾分类箱状态。所述定位模块(6)用于获取垃圾分类箱的位置信息，并发送给微处理器1。所述无线通信模块4在垃圾分类箱溢满时向远程云平台5发送溢满清运请求，其中包括此处垃圾分类箱11的位置信息，以便及时调度垃圾车进行清运，垃圾处置完成后LED指示装置3转换正常状态对应的指示灯。
所述微处理器1为低功耗嵌入式微处理器LPC2103，与超声波传感器2、LED指示装置3、无线通信模块4、定位模块6、电机驱动模块7直接相连，作为此处垃圾分类箱11的主控中心，完成相关检测数据的处理工作。
所述LED指示装置3受微处理器1控制，在垃圾分类箱11容量充足时，LED指示装置3亮起绿灯，表示此处垃圾分类箱11可以正常使用；当系统检测到垃圾分类箱11剩余容量小于阈值时，在微处理器1的控制下，LED指示装置3绿灯转换为红灯，警示使用者此处垃圾分类箱11即将溢满。
所述定位模块6可以完成对垃圾分类箱11全天时高精度定位，并将位置信息发送给微处理器1，当垃圾分类箱11即将溢满时，在微处理器1的控制下，通过所述无线通信模块4向远程云平台5发送包含此处垃圾分类箱11位置信息在内的溢满清运请求，及时进行垃圾处置，恢复垃圾分类箱11的正常使用。
所述电机驱动模块7在微处理器1的控制下，可以实现对所述步进电机8工作模式的控制，包括转向及调速等，进而控制T型导轨滑台的拉伸运动，带着超声波传感器2在垃圾分类箱11内顶面有效范围内自由移动，实现多位置溢满检测功能。
参见图2，溢满检测工作流程如下：系统相关参数初始化后，T型导轨滑台9带着超声波传感器2在垃圾分类箱11内顶面自由移动，同时微处理器1驱动超声波发射器12不断发出测距超声波，当超声波遇到垃圾分类箱11内的垃圾时会被反射回来并被超声波接收器13捕获，随即超声波传感器2向微处理器1输出回响信号。具体地，回响信号是一段高电平信号，微处理器1启动定时器开始计时，直到回响信号结束，其持续时间即为超声波测距的往返时间，据此可以计算出箱内垃圾与顶部平面的距离，为减小误差，采用多次(5次)测量取平均值的方法，将结果与设定的阈值相比较，小于阈值则说明垃圾分类箱11即将溢满，LED指示装置3亮起红色指示灯，告知使用者此处垃圾分类箱11即将溢满的信息，同时由无线通信模块4向远程云平台5发送清运请求。
参见图3，垃圾分类箱整体结构图，按照西安市现行的垃圾分类标准，将生活垃圾分为“厨余垃圾”、“其它垃圾”、“可回收物”、“有害垃圾”四类。
在垃圾分类箱体11上安装有综合控制箱10，保护微处理器1、定位模块6、无线通信模块4及电机驱动模块7不受外界干扰，垃圾分类箱11内顶部细节放大示意图如图4所示。
参见图4，垃圾分类箱内顶面放大示意图，在T型导轨滑台9上安装有步进电机8，可以控制超声波传感器2在导轨上自由移动，进而遍及平面的有效位置，具体地，超声波传感器2包括超声波发射器12和接收器13，发射器12向下发出超声波，经垃圾反射后被接收器13捕获，将回响信号发送至微处理器1进行数据处理，实现垃圾分类箱11溢满检测功能。
参见图5，超声波传感器的运动路径规划示意图，超声波传感器2安装于导轨交点处的滑动部件上，在两根导轨相互配合交叉运动时，超声波传感器2会随交点处的滑动部件在二维平面(箱盖内表面)一起运动，具体的运动轨迹如图5中粗实线所示，超声波传感器2在两根导轨的交替配合滑动下，从Q1点出发，沿着滑轨依次经过Q2，Q3，Q4，…，Q14、Q15、Q16，遍历有效位置；再次运动时则从Q16出发，沿滑轨依次经过Q15、Q14，Q13，…Q3，Q2，Q1；之后的遍历不断进行往复，实现对垃圾箱内各处垃圾情况的检测。

Claims (9)

1.一种基于人工智能的垃圾分类箱溢满检测装置，其特征在于，包括垃圾分类箱体(11)，所述垃圾分类箱体(11)的箱盖内表面设置有T型导轨滑台(9)，所述T型导轨滑台(9)上设置有超声波传感器(2)，超声波传感器(2)沿T型导轨滑台(9)上进行二维范围内自由移动，超声波传感器(2)输出端连接微处理器(1)，超声波传感器(2)用于检测垃圾分类箱体(11)内部垃圾的容量。
2.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的垃圾分类箱溢满检测装置，其特征在于，所述T型导轨滑台(9)由两根相互垂直的导轨及其相交处的滑动部件构成，在电机的带动下导轨相互配合交叉滑动。
3.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的垃圾分类箱溢满检测装置，其特征在于，所述超声波传感器(2)通过步进电机(8)控制移动，步进电机(8)通过电机驱动模块(7)与微处理器(1)相连。
4.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的垃圾分类箱溢满检测装置，其特征在于，所述垃圾分类箱体(11)表面设置有LED指示装置(3)，LED指示装置(3)输入端连接微处理器(1)的输出端。
5.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的垃圾分类箱溢满检测装置，其特征在于，所述垃圾分类箱体(11)表面设置有定位模块(6)，定位模块(6)用于获取垃圾分类箱的位置信息，并发送给微处理器(1)。
6.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的垃圾分类箱溢满检测装置，其特征在于，所述微处理器(1)输出端连接无线通信模块(4)的输入端，无线通信模块(4)输出端连接远程云平台(5)。
7.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的垃圾分类箱溢满检测装置，其特征在于，所述微处理器(1)为低功耗嵌入式微处理器LPC2103。
8.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的垃圾分类箱溢满检测装置，其特征在于，所述超声波传感器(2)包括超声波发射器(12)和超声波接收器(13)，超声波发射器(12)发出8个40kHz的脉冲信号，经垃圾分类箱(11)内的垃圾反射后，被超声波接收器(13)所捕获，超声波接收器(13)向微处理器(1)发送回响信号。
9.基于权利要求1所述一种基于人工智能的垃圾分类箱溢满装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤；
根据微处理器(1)发出的控制信号，在电机驱动模块(7)的驱动下，步进电机(8)工作，超声波传感器(2)会在T型导轨滑台(9)上自由移动，遍及垃圾分类箱(11)内顶面的有效位置，并不断向下发出超声波，检测垃圾分类箱(11)内各个位置垃圾存放情况，以高电平形式反馈给微处理器(1)，微处理器(1)计算垃圾分类箱(11)剩余容量后与设定阈值比较，判断出垃圾分类箱溢满状况；
当垃圾分类箱容量充足时，LED指示装置(3)亮起绿色指示灯，告知使用者垃圾分类箱(11)可以正常投放垃圾；若检测到垃圾分类箱(11)剩余容量小于设定阈值，则LED指示装置(3)亮起红色指示灯，提醒使用者此处垃圾分类箱(11)即将溢满，同时由无线通信模块(4)向远程云平台(5)发送包含垃圾分类箱(11)位置信息在内的溢满清运请求；
当溢满垃圾分类箱(11)内的垃圾被处理完成后，LED指示装置(3)转换状态，熄灭红色指示灯，亮起绿色指示灯，表示此处垃圾分类箱(11)已恢复正常使用状态，可以继续进行垃圾分类投放。
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