CN112722650A - 一种可扩展的垃圾分类智能管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及垃圾分类收集技术领域，尤其是一种可扩展的垃圾分类智能管理系统及方法，包括云服务器、垃圾站、主机、通信网关、分类垃圾桶和垃圾桶控制模块，垃圾站内设置有多个分类垃圾桶，每个分类垃圾桶上都设置有垃圾桶控制模块，垃圾桶控制模块包括微控制器、称重传感器、物料位置检测传感器和开关门装置，微控制器与主机通信连接，称重传感器和物料位置检测传感器安装在对应的分类垃圾桶上，开关门装置安装在分类垃圾桶的桶盖上，且微控制器的输出端与开关门装置的控制端连接，垃圾站上设置有二维码识别摄像头和IC读卡器，二维码识别摄像头和IC读卡器均与主机通信连接，本发明能够提高垃圾分类管理效率降低管理成本。

Description

一种可扩展的垃圾分类智能管理系统及方法

技术领域

本发明涉及垃圾分类收集技术领域，具体领域为一种可扩展的垃圾分类智能管理系统及方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，产生的垃圾也越来越多，给管理人员带来的管理难度也越来越大，主要表现在以下几个方面：

(1)传统的垃圾桶不进行分类，不同类型垃圾投放至同一个垃圾桶，导致二次污染，不能充分利用可回收资源，另外需要人工分类，增加清洁工人工作量；

(2)传统垃圾桶无专人看守，满溢状态、正常工作状态与否无法监测，清洁人员不能及时有效更换、维修垃圾桶，导致工作效率低下；

(3)居民想投放垃圾，当发现就近垃圾桶已满，无法得知附近垃圾桶所在位置及状态时，只能随手丢在已满垃圾桶附近，造成二次污染，影响公共卫生环境；

(4)卫生管理部门无法看到整个城市或区域的垃圾桶分布信息、垃圾桶实时监控视频、清运车辆状态等信息，无法对智能垃圾桶分布、清运车分布根据实际需求进行调整，会导致资源规划不合理，造成不必要的浪费；

(5)如何通过垃圾分类管理，最大限度地实现垃圾资源利用，减少垃圾处置的数量，改善生存环境状态，是当前世界各国共同关注的迫切问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可扩展的垃圾分类智能管理系统及方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可扩展的垃圾分类智能管理系统，包括云服务器、垃圾站、主机、通信网关、分类垃圾桶和垃圾桶控制模块，所述垃圾站内设置有多个分类垃圾桶，每个分类垃圾桶上都设置有垃圾桶控制模块，所述主机和通信网关设置在垃圾站内，且主机与所有的垃圾桶控制模块通信连通，通信网关与主机通信连接，且通信网关与云服务器无线通信，所述垃圾桶控制模块包括微控制器、称重传感器、物料位置检测传感器和开关门装置，微控制器与主机通信连接，称重传感器和物料位置检测传感器安装在对应的分类垃圾桶上，且称重传感器和物料位置检测传感器的信号输出端分别与微控制器的输入端连接，开关门装置安装在分类垃圾桶的桶盖上，且微控制器的输出端与开关门装置的控制端连接，所述垃圾站上设置有二维码识别摄像头和IC读卡器，二维码识别摄像头和IC读卡器均与主机通信连接，所述主机为触控平板电脑。

优选的，所述垃圾站为户外站房，所有的分类垃圾桶均安装在户外站房内，且户外站房上对应于每个分类垃圾桶处均设置有垃圾投放窗口，每个分类垃圾桶上的开关门装置均与对应的垃圾投放窗口处配合设置，，所述垃圾投放窗口处安装有垃圾投放窗口门。

优选的，所述开关门装置包括设置于垃圾投放窗口上方的安装板、设置于安装板上的驱动电机和设置于驱动电机输出端的第一销轴，配合所述第一销轴与桶盖设有第一启动机构，配合所述第一销轴与垃圾投放窗口门设有第二启动机构。

优选的，所述第一启动机构包括设置于安装板的第一销轴座和设置于桶盖上端的连接臂，配合第一销轴座、连接臂和第一销轴设有第一拉绳。

优选的，所述第二启动机构包括连接于安装板的第二销轴座、连接于垃圾投放窗口门上端的第三销轴座、铰接于第一销轴的第一伸缩杆和铰接于第三销轴座的第二伸缩杆，所述第一伸缩杆和第二伸缩杆间设有固定部，所述固定部铰接于第二销轴座。

优选的，所述连接臂包括与第一拉绳固定连接的开桶盖杆、连接于桶盖的连接块和连接开桶盖杆与连接块间的第二拉绳。

优选的，所述第一伸缩杆包括铰接于第一销轴的第一支架和铰接于第一支架的第二支架，所述第一支架设置于第二支架的上方，所述第二伸缩杆包括铰接于第三销轴座的第四支架和连接于第四支架的第三支架，所述第三支架与第二支架固定连接。

优选的，任一所述垃圾投放窗口的下端内侧设有配合桶体开口的挡板。

优选的，所述分类垃圾桶的数量根据云服务器中运算数据进行扩展增加或减少。

为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案：一种可扩展的垃圾分类智能管理系统的使用方法，其步骤为：

(1)云服务器内为数据中心，触控平板电脑上设置有控制软件；

(2)主机通过扫描用户的二维码或者通过读卡器得到用户信息；

(3)垃圾投放者通过触控平板电脑上人机界面的操作，主机根据选取的垃圾类型开启相应的垃圾桶投放窗口；

(4)垃圾桶得到垃圾重量并传输至微控制器，微控制器数据处理后传送给主机；

(5)完成上述步骤后，形成一条垃圾投放记录，主机保存该记录，并通过网络上传到云服务器的数据中心存储；

(6)微控制器控制称重传感器和物料位置检测传感器实时对垃圾桶内的重量和物料高度进行监测，并计算每次开门和关门之后的重量变化值，得到投入的垃圾重量并传送到主机；

(7)在垃圾桶内高度超过最高限定值后，微控制器向主机发送该垃圾桶满桶报警信号，下次投放垃圾时主机将不打开此垃圾桶；

(8)对于满桶的垃圾桶，主机会显示附近可以的垃圾站房，方便用户去其他地方投放垃圾。

(9)对于垃圾站处实际设置的垃圾桶数量，可根据数据库中采集的数据进行预测，并相应的扩展垃圾桶的设置数量，或减少垃圾桶的数量；

(10)另外垃圾站管理工作人员也能够针对实际使用地进行动态的调整垃圾桶的数量和垃圾桶配置情况。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：基于平板、物联网的垃圾分类投放点管控可扩展装置及方法，结合住户移动端管理系统及主管部门监管系统，改变人机之间相互交互的方式，提高交互的效率，同时打通与环卫相关的城市管理部门、环卫人员、设施和清运车辆等，形成管理闭环。降低城市管理部门对环卫人员、设备设施、清运车辆等各个方面的管理和投入成本、提高经济效益，达到实现可视、可控、可互动和可循环的目的。

附图说明

图1为本发明的系统原理框图；

图2为本发明的垃圾桶关闭状态结构示意图；

图3为本发明的垃圾桶打开状态结构示意图。

图中：1、垃圾站；2、桶体；3、桶盖；4、垃圾投放窗口；5、垃圾投放窗口门；6、安装板；7、驱动电机；8、第一销轴；9、第一销轴座；10、第一拉绳；11、开桶盖杆；12、连接块；13、第二拉绳；14、第二销轴座；15、第三销轴座；16、第一支架；17、第二支架；18、第三支架；19、第四支架；20、挡板；21、云服务器；22、主机；23、通信网关；24、称重传感器；25、物料位置检测传感器；26、开关门装置；27、微控制器；28、二维码识别摄像头；29、IC读卡器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

请参阅图1至3，本发明提供一种技术方案：一种可扩展的垃圾分类智能管理系统，包括云服务器21、垃圾站1、主机22、通信网关23、分类垃圾桶和垃圾桶控制模块，所述垃圾站1内设置有多个分类垃圾桶，每个分类垃圾桶上都设置有垃圾桶控制模块，所述主机22和通信网关23设置在垃圾站1内，且主机22与所有的垃圾桶控制模块通信连通，通信网关23与主机22通信连接，且通信网关23与云服务器21无线通信，所述垃圾桶控制模块包括微控制器、称重传感器24、物料位置检测传感器25和开关门装置26，微控制器与主机22通信连接，称重传感器24和物料位置检测传感器25安装在对应的分类垃圾桶上，且称重传感器24和物料位置检测传感器25的信号输出端分别与微控制器的输入端连接，开关门装置26安装在分类垃圾桶的桶盖上，且微控制器的输出端与开关门装置26的控制端连接，所述垃圾站1上设置有二维码识别摄像头和IC读卡器，二维码识别摄像头和IC读卡器均与主机22通信连接，所述主机22为触控平板电脑。

垃圾站1房安装在小区内，根据小区大小进行分别安装。

触控平板电脑上设置有该站房的二维码信息，同时二维码识别摄像头能够识别用户的手机二维码信息，IC读卡器能够识别用户的门禁信息。

所述垃圾站1为户外站房，所有的分类垃圾桶均安装在户外站房内，且户外站房上对应于每个分类垃圾桶处均设置有垃圾投放窗口4，每个分类垃圾桶上的开关门装置26均与对应的垃圾投放窗口4处配合设置，所述垃圾投放窗口4处安装有垃圾投放窗口门5。

所述开关门装置26包括设置于垃圾投放窗口4上方的安装板6、设置于安装板6上的驱动电机7和设置于驱动电机7输出端的第一销轴8，配合所述第一销轴8与桶盖设有第一启动机构，配合所述第一销轴8与垃圾投放窗口门5设有第二启动机构。

开关门装置26用于对桶盖和垃圾投放窗口门5的开启和闭合，桶盖与桶体2一侧铰接设置，垃圾投放窗口门5上端与投放窗口4的上边缘铰接设置，这样桶盖与垃圾投放窗口门5能绕着铰接部转动。开关门装置26通过安装板6与垃圾站1固定连接，设置于垃圾投放窗口门5的上端，驱动电机7为伸缩电机7，微控制器控制驱动电机7输出端的伸缩，第一销轴8配合第一启动机构让桶盖进行开启和闭合，第一销轴8配合第二启动机构让垃圾投放窗口门5的打开和闭合。

所述第一启动机构包括设置于安装板6的第一销轴座9和设置于桶盖上端的连接臂，配合第一销轴座9、连接臂和第一销轴8设有第一拉绳10。

开桶盖杆11的端部设有连接第一拉绳10的固定件，第一拉绳10活动绕着第一销轴8和第一销轴座9，最后与固定件固定设置，使得第一拉绳10形成三角结构，当驱动电机7的输出端伸出时，第一销轴8和第一销轴座9间的拉绳拉长，使得开桶盖杆11与第一销轴座9间的拉绳缩短，从而将带开桶盖杆11提起，从而带动跌拉绳13将桶盖提起，实现桶盖打开的工作。

所述第二启动机构包括连接于安装板6的第二销轴座14、连接于垃圾投放窗口门5上端的第三销轴座15、铰接于第一销轴8的第一伸缩杆和铰接于第三销轴座15的第二伸缩杆，所述第一伸缩杆和第二伸缩杆间设有固定部，所述固定部铰接于第二销轴座14。

所述连接臂包括与第一拉绳10固定连接的开桶盖杆11、连接于桶盖的连接块12和连接开桶盖杆11与连接块12间的跌拉绳13。

所述第一伸缩杆包括铰接于第一销轴8的第一支架16和铰接于第一支架16的第二支架17，所述第一支架16设置于第二支架17的上方，所述第二伸缩杆包括铰接于第三销轴座15的第四支架19和连接于第四支架19的第三支架18，所述第三支架18与第二支架17固定连接。

第一伸缩杆和第二伸缩杆均为可活动设置的传动支架，形成电动伸缩杆件，而第一伸缩杆和第二伸缩杆的固定设置能形成驱动杠杆原理，当桶盖处于闭合状态时，第一支架16处于水平状态、第三支架18处置垂直状态，第一支架16设置于第三支架18的上端通过第二支架17固定连接，第四支架19一端与第三支架18底端铰接设置，第三销轴座15高于第三支架18的底端，这样第四支架19向上倾斜设置于第三支架18与第三销轴座15之间。当驱动电机7的输出端伸出时，带动第一支架16向前，使得第二支架17以第二销轴座14进行向前转动，而与第二支架17固定连接的第三支架18会被第二支架17驱动，也以第二销轴座14位中心轴向上转动，第四支架19由于向上倾斜设置，故与第三销轴座15连接处向上移动，从而带动第三销轴座15向上，由于垃圾投放窗口门5与外箱体铰接设置，故使得垃圾投放窗口门5绕着铰接处选择连接。

任一所述垃圾投放窗口4的下端内侧设有配合桶体2开口的挡板20。

要对垃圾桶进行取出清理，故与外箱体不是固定连接，所以桶体2与外箱体间会设有间隙，为了防止在投放垃圾的时候，垃圾会从间隙间掉落，故在垃圾投放窗口4下端的内部设置一个挡板20，可以对垃圾进行引流的作用，更准确的让垃圾掉落到桶体2内。

所述分类垃圾桶的数量根据云服务器中运算数据进行扩展增加或减少，根据实际使用过程，对于已有的分类垃圾桶分类配置进行调整或扩展增加时，对于新增的垃圾桶进行垃圾分类项目进行系统配置。

一种可扩展的垃圾分类智能管理系统的使用方法，其步骤为：

(1)云服务器21内为数据中心，触控平板电脑上设置有控制软件；

(2)主机22通过扫描用户的二维码或者通过读卡器得到用户信息；

(3)垃圾投放者通过触控平板电脑上人机界面的操作，主机22根据选取的垃圾类型开启相应的垃圾桶投放窗口4；

(4)垃圾桶得到垃圾重量并传输至微控制器，微控制器数据处理后传送给主机22；

(5)完成上述步骤后，形成一条垃圾投放记录，主机22保存该记录，并通过网络上传到云服务器21的数据中心存储；

(6)微控制器控制称重传感器24和物料位置检测传感器25实时对垃圾桶内的重量和物料高度进行监测，并计算每次开门和关门之后的重量变化值，得到投入的垃圾重量并传送到主机22；

(7)在垃圾桶内高度超过最高限定值后，微控制器向主机22发送该垃圾桶满桶报警信号，下次投放垃圾时主机22将不打开此垃圾桶；

(8)对于满桶的垃圾桶，主机22会显示附近可以的垃圾站1房，方便用户去其他地方投放垃圾；

(9)对于垃圾站处实际设置的垃圾桶数量，可根据数据库中采集的数据进行预测，并相应的扩展垃圾桶的设置数量，或减少垃圾桶的数量；

(10)另外垃圾站管理工作人员也能够针对实际使用地进行动态的调整垃圾桶的数量和垃圾桶配置情况。

在清运垃圾或更换垃圾桶时主机22将下发开垃圾站1房们的命令，站房门在打开后，需要手动关闭。在接收到主机22的命令后，垃圾箱打开相应的投料门或者箱体门，垃圾箱采用总线的方式连接具有安装调试方便，可扩展性好，更适合标准化大规模生产，箱体之间通过级联的方式连接，而且只需要连接电源线和通信线，可动态扩展及配置垃圾箱数量。例如四个箱体的垃圾站1只需要再挂两个箱体就变成了六个箱体的垃圾站1，然后配置一下参数即。

通过本技术方案，(1)住户人员可通过移动端查看当前及附近垃圾箱的满溢状态、位置信息及个人称重记录，减少乱扔垃圾现象的同时也节省了投放人员的时间，并可利用获得的积分换取所需生活用品。

(2)督导人员可通过平板控制台配置垃圾箱基本信息，查看垃圾箱满溢状态并对已满垃圾箱进行及时清洁、更换，对非正常工作状态垃圾箱给予及时维修，提高了工作人员的工作效率。

(3)卫生管理部门可以在云平台直观查看整个城市或区域的垃圾箱分布信息、垃圾箱实时监控视频、清运车辆状态等信息，从而实现对智能垃圾桶分布、清运车分布根据实际需求进行调整，来提高城市整体规划布局，减少资源浪费。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种可扩展的垃圾分类智能管理系统，其特征在于：包括云服务器、垃圾站、主机、通信网关、分类垃圾桶和垃圾桶控制模块，所述垃圾站内设置有多个分类垃圾桶，每个分类垃圾桶上都设置有垃圾桶控制模块，所述主机和通信网关设置在垃圾站内，且主机与所有的垃圾桶控制模块通信连通，通信网关与主机通信连接，且通信网关与云服务器无线通信，所述垃圾桶控制模块包括微控制器、称重传感器、物料位置检测传感器和开关门装置，微控制器与主机通信连接，称重传感器和物料位置检测传感器安装在对应的分类垃圾桶上，且称重传感器和物料位置检测传感器的信号输出端分别与微控制器的输入端连接，开关门装置安装在分类垃圾桶的桶盖上，且微控制器的输出端与开关门装置的控制端连接，所述垃圾站上设置有二维码识别摄像头和IC读卡器，二维码识别摄像头和IC读卡器均与主机通信连接，所述主机为触控平板电脑。

2.根据权利要求1所述的一种可扩展的垃圾分类智能管理系统，其特征在于：所述垃圾站为户外站房，所有的分类垃圾桶均安装在户外站房内，且户外站房上对应于每个分类垃圾桶处均设置有垃圾投放窗口，每个分类垃圾桶上的开关门装置均与对应的垃圾投放窗口处配合设置，所述垃圾投放窗口处安装有垃圾投放窗口门。

3.根据权利要求2所述的一种可扩展的垃圾分类智能管理系统，其特征在于：所述开关门装置包括设置于垃圾投放窗口上方的安装板、设置于安装板上的驱动电机和设置于驱动电机输出端的第一销轴，配合所述第一销轴与桶盖设有第一启动机构，配合所述第一销轴与垃圾投放窗口门设有第二启动机构。

4.根据权利要求3所述的一种可扩展的垃圾分类智能管理系统，其特征在于：所述第一启动机构包括设置于安装板的第一销轴座和设置于桶盖上端的连接臂，配合第一销轴座、连接臂和第一销轴设有第一拉绳。

5.根据权利要求3所述的一种可扩展的垃圾分类智能管理系统，其特征在于：所述第二启动机构包括连接于安装板的第二销轴座、连接于垃圾投放窗口门上端的第三销轴座、铰接于第一销轴的第一伸缩杆和铰接于第三销轴座的第二伸缩杆，所述第一伸缩杆和第二伸缩杆间设有固定部，所述固定部铰接于第二销轴座。

6.根据权利要求4所述的一种可扩展的垃圾分类智能管理系统，其特征在于：所述连接臂包括与第一拉绳固定连接的开桶盖杆、连接于桶盖的连接块和连接开桶盖杆与连接块间的第二拉绳。

7.根据权利要求5所述的一种可扩展的垃圾分类智能管理系统，其特征在于：所述第一伸缩杆包括铰接于第一销轴的第一支架和铰接于第一支架的第二支架，所述第一支架设置于第二支架的上方，所述第二伸缩杆包括铰接于第三销轴座的第四支架和连接于第四支架的第三支架，所述第三支架与第二支架固定连接。

8.根据权利要求2所述的一种可扩展的垃圾分类智能管理系统，其特征在于：任一所述垃圾投放窗口的下端内侧设有配合桶体开口的挡板。

9.根据权利要求1所述的一种可扩展的垃圾分类智能管理系统，其特征在于：所述分类垃圾桶的数量根据云服务器中运算数据进行扩展增加或减少。

10.一种可扩展的垃圾分类智能管理系统的使用方法，其特征在于：其步骤为：

(1)云服务器内为数据中心，触控平板电脑上设置有控制软件；

(2)主机通过扫描用户的二维码或者通过读卡器得到用户信息；

(3)垃圾投放者通过触控平板电脑上人机界面的操作，主机根据选取的垃圾类型开启相应的垃圾桶投放窗口；

(4)垃圾桶得到垃圾重量并传输至微控制器，微控制器数据处理后传送给主机；

(5)完成上述步骤后，形成一条垃圾投放记录，主机保存该记录，并通过网络上传到云服务器的数据中心存储；

(6)微控制器控制称重传感器和物料位置检测传感器实时对垃圾桶内的重量和物料高度进行监测，并计算每次开门和关门之后的重量变化值，得到投入的垃圾重量并传送到主机；

(7)在垃圾桶内高度超过最高限定值后，微控制器向主机发送该垃圾桶满桶报警信号，下次投放垃圾时主机将不打开此垃圾桶；

(8)对于满桶的垃圾桶，主机会显示附近可以的垃圾站房，方便用户去其他地方投放垃圾；

(9)对于垃圾站处实际设置的垃圾桶数量，可根据数据库中采集的数据进行预测，并相应的扩展垃圾桶的设置数量，或减少垃圾桶的数量；

(10)另外垃圾站管理工作人员也能够针对实际使用地进行动态的调整垃圾桶的数量和垃圾桶配置情况。

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