CN113120461A - 用于智慧城市的垃圾分类识别系统及方法 - Google Patents

Abstract

用于智慧城市的垃圾分类识别系统，包括：采集模块，用于获取待分类垃圾的特性信息；主控模块，用于根据特性信息对待分类垃圾进行识别得到分类结果；执行模块，用于根据分类结果对待分类垃圾进行分拣将待分类垃圾转换为已分类垃圾；监测模块，用于对已分类垃进行监测得到垃圾堆量；管理模块，用于根据垃圾堆量生成调度指令。本发明提供用于智慧城市的垃圾分类识别系统及方法，能够自动识别待分类垃圾，并且根据识别结果完成对待分类垃圾进行分类，进而根据分类结果进行回收，精确度和效率都更高。

Description

用于智慧城市的垃圾分类识别系统及方法

技术领域

本发明涉及智慧城市技术领域，具体的说是用于智慧城市的垃圾分类识别系统及方法。

背景技术

智慧城市主要是结合数据、网络、云平台和移动通信等相应的技术，进一步对其进行相关内容的应用。智慧城市反映出的是一个城市的动态资源。城市之间的各种信息的来源进行挖掘，渗透出事物的规律和本质的特性。通过相应的技术处理，可以对片面碎乱繁杂的数据进行详细地汇集、挖据和分析，从中提取出有用的资源，进而为城市的发展和社会的服务提供一定的依据。物联网通过光电技术的发展，可以将物与物之间进行相链接，使得整个城市的发展起到一定的促进作用。

我国目前处于经济快速发展阶段，与此同时也伴随着垃圾的大量产生，在一些垃圾管理较好的地区，大部分垃圾会得到卫生填埋、焚烧、堆肥等无害化处理，而更多地方的垃圾则常常被简易堆放或填埋，导致臭气蔓延，并且污染土壤和地下水。为了能够更好地对垃圾进行回收，实现资源再利用和有害垃圾无害化处理，很多地区开始大力推进垃圾分类回收制度。但是，现有技术中，垃圾分类回收主要依赖于人工操作，人们需自行判断手上的垃圾属于何种类别，然后再投放到对应的垃圾桶内，虽然人工分类在一定程度上起到了效果，但大量的时间、人力与物力，并且分类的精确度有限，经常出现错误分类的情况。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供用于智慧城市的垃圾分类识别系统及方法，能够自动识别待分类垃圾，并且根据识别结果完成对待分类垃圾进行分类，进而根据分类结果进行回收，精确度和效率都更高。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：用于智慧城市的垃圾分类识别系统，包括：

采集模块，用于获取待分类垃圾的特性信息；

主控模块，用于根据特性信息对待分类垃圾进行识别得到分类结果；

执行模块，用于根据分类结果对待分类垃圾进行分拣将待分类垃圾转换为已分类垃圾；

监测模块，用于对已分类垃进行监测得到垃圾堆量；

管理模块，用于根据垃圾堆量生成调度指令。

作为上述用于智慧城市的垃圾分类识别系统的进一步优化：所述采集模块包括用于获取待分类垃圾图像的机器视觉摄像头，机器视觉摄像头与所述主控模块电性连接，所述特性信息包括轮廓信息、特征信息、色彩信息和材质信息。

作为上述用于智慧城市的垃圾分类识别系统的进一步优化：所述执行模块包括用于驱动待分类垃圾移动的第一驱动器和用于驱动待分类垃圾与第一驱动器脱离的第二驱动器，第一驱动器和第二驱动器均与所述主控模块电性连接。

作为上述用于智慧城市的垃圾分类识别系统的进一步优化：所述监测模块包括用于感应已分类垃圾堆叠高度的红外对管传感器，红外对管传感器与所述主控模块电性连接。

作为上述用于智慧城市的垃圾分类识别系统的进一步优化：还包括感应模块，用于对垃圾投放者进行感应以触发所述采集模块。

作为上述用于智慧城市的垃圾分类识别系统的进一步优化：所述感应模块包括用于感应垃圾投放者的人体热释电红外线传感器，人体热释电红外线传感器与所述主控模块电性连接。

作为上述用于智慧城市的垃圾分类识别系统的进一步优化：还包括物联网模块，用于将所述垃圾堆量传输给所述管理模块。

作为上述用于智慧城市的垃圾分类识别系统的进一步优化：所述物联网模块包括WIFI模块，WIFI模块与所述主控模块电性连接。

用于智慧城市的垃圾分类识别方法，基于上述的用于智慧城市的垃圾分类识别系统，包括如下步骤：

S1、部署并且初始化所述系统；

S2、所述采集模块获取待分类垃圾的特性信息，并且将特性信息传输给所述主控模块；

S3、主控模块根据特性信息对待分类垃圾进行识别，并且根据识别结果和预设的垃圾分类映射表得到分类结果；

S4、主控模块根据分类结果生成分类动作指令，并且将分类动作指令传输给所述执行模块；

S5、执行模块根据分类动作指令依次对待分类垃圾进行连接、移动和脱离操作，完成对待分类垃圾的分拣；

S6、当已分类垃圾触发所述监测模块时监测模块生成垃圾堆量，并且将垃圾堆量传输给所述管理模块；

S7、管理模块根据垃圾堆量生成调度指令，并且将调度指令发送给管理人员；

S8、管理人员根据调度指令对已分类垃圾进行转移处理。

作为上述用于智慧城市的垃圾分类识别方法的进一步优化：所述系统还包括物联网模块，用于将所述垃圾堆量传输给所述监测模块，S1中，初始化所述系统的方法为：

S11、管理人员通过所述物联网模块构建无线通信网络；

S12、管理人员将移动终端接入无线通信网络，并且通过无线通信网络和物联网模块向所述管理模块发送配置请求信息；

S13、管理模块根据配置请求信息生成配置指令，并且将配置指令通过物联网模块传输给所述主控模块；

S14、主控模块根据配置指令对所述采集模块、所述执行模块和所述监测模块进行配置；

S15、管理人员将移动设备与无线通信网络断开，完成初始化。

有益效果：本发明能够自动识别待分类垃圾，并且根据识别结果完成对待分类垃圾进行分类，进而根据分类结果进行回收，与人为确定垃圾分类结果的方式相比，精确度更高，并且，垃圾投放者只需要进行垃圾投放即可，更加节约时间，垃圾回收的效率更高，此外，本发明还能够对已分类垃圾的存量进行监测，并且在存满之后对管理人员发出提示，方便管理人员将已分类垃圾清运走，保证能够持续回收垃圾，并且避免已分类垃圾溢出对环境造成破坏。

附图说明

图1是本发明系统的整体结构框图；

图2是本发明方法的流程图。

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和2，用于智慧城市的垃圾分类识别系统，包括采集模块、主控模块、执行模块、监测模块和管理模块。

采集模块，用于获取待分类垃圾的特性信息。

主控模块，用于根据特性信息对待分类垃圾进行识别得到分类结果。

执行模块，用于根据分类结果对待分类垃圾进行分拣将待分类垃圾转换为已分类垃圾。

监测模块，用于对已分类垃进行监测得到垃圾堆量。

管理模块，用于根据垃圾堆量生成调度指令。

在使用时，当垃圾投放者完成垃圾投放后，采集模块首先对待分类的垃圾进行信息采集，以获取待分类垃圾的特性信息，之后将特性信息发送给主控模块，主控模块在接收到特性信息后与垃圾分类映射表中的样本进行比对，当特性信息与其中一个样本拟合的时候，可以将待分类垃圾归类到该样本对应的垃圾类别中，得到分类结果，接着主控模块根据分类结果控制执行模块动作，由执行模块对待分类垃圾进行转移和投放等操作，使待分类垃圾进入到垃圾收集箱中，完成对垃圾的分类。监测模块实时地对垃圾收集箱中的已分类垃圾进行监测，判断垃圾收集箱中的已分类垃圾是否存满，当垃圾收集箱中的已分类垃圾触发监测模块的时候，监测模块生成垃圾堆量，并且将垃圾堆量发送给主控模块，主控模块再将垃圾堆量转发给管理模块，最后管理模块根据垃圾堆量生成调度指令，并且将垃圾堆量发送给管理人员，管理人员接收到调度指令后可以将已经存满已分类垃圾的垃圾收集箱清空，从而保证垃圾回收箱能够继续收集垃圾，避免已分类垃圾从垃圾回收箱中溢出而污染环境。

本发明能够自动识别待分类垃圾，并且根据识别结果完成对待分类垃圾进行分类，进而根据分类结果进行回收，与人为确定垃圾分类结果的方式相比，精确度更高，并且，垃圾投放者只需要进行垃圾投放即可，更加节约时间，垃圾回收的效率更高，此外，本发明还能够对已分类垃圾的存量进行监测，并且在存满之后对管理人员发出提示，方便管理人员将已分类垃圾清运走，保证能够持续回收垃圾，并且避免已分类垃圾溢出对环境造成破坏。

在本发明中，采集模块包括用于获取待分类垃圾图像的机器视觉摄像头，机器视觉摄像头与主控模块电性连接，特性信息包括轮廓信息、特征信息、色彩信息和材质信息。在本实施例中，机器视觉摄像头可以采用OpenMV4摄像头，特性信息可以从机器视觉摄像头拍摄到的图像中通过图像处理的方式得到。基于通过拍摄照片获取特性信息的方式，作为垃圾分类依据的垃圾分类映射表可以基于卷积神经网络得到，具体地说，首先采集足够数量的训练数据，然后将训练数据输入到卷积神经网络的第一卷积层中，经过卷积神经网络的第一池化层、第二卷积层、第二池化层、第一全连接层和第二全连接层的逐步处理后通过输出层输出识别结果，通过对卷积神经网络进行多次训练可以得到一个可靠识别模型，将可靠识别模型存储在主控模块中，使主控模块可以将特性信息输入到可靠识别模型中，从而得到精确的识别结果，对卷积神经网络的训练过程需要依赖大量的计算资源，因此可以在高算力的服务器上进行。在本发明其它的实施方式中，也可以将可靠识别模型存储在云端服务器中，主控模块在接收到特性信息后将特性信息发送给云端服务器，由云端服务器将特性信息输入到可靠识别模型中，并且最终将识别结果发送给主控模块，从而降低主控模块的负载，更加节能，并且更加高效，基于此，还可以设置太阳能发电模块，太阳能发电模块为采集模块、主控模块、执行模块和监测模块供电，从而无需专门布线，降低了施工难度和应用成本。

执行模块的具体结构为：执行模块包括用于驱动待分类垃圾移动的第一驱动器和用于驱动待分类垃圾与第一驱动器脱离的第二驱动器，第一驱动器和第二驱动器均与主控模块电性连接。在本实施例中，第一驱动器可以采用步进电机，例如2相4线步进电机，并且步进电机驱动连接一个用于承载待分类垃圾的托盘，第二驱动器可以设置为用于驱动托盘翻转的舵机，例如MG996舵机，基于此，本发明在应用时，垃圾收集箱应当设置为多个，并且均匀分布在步进电机的周侧。在本发明其它的实施方式中，第一驱动器还可以采用诸如丝杠滑块机构等直线输出机构上，第二驱动器同样可以设置为舵机，进而，多个垃圾收集箱沿丝杠的轴向均匀分布。

监测模块的具体结构为：监测模块包括用于感应已分类垃圾堆叠高度的红外对管传感器，红外对管传感器与主控模块电性连接。红外对管传感器在工作时，红外发射管不断发射出红外信号，当已分类垃圾堆放到一定高度将红外信号遮挡住之后，红外信号会发生反射并且进入到红外接收管中，经过比较电路处理后，可以生成垃圾堆量，并且将垃圾堆量发送给主控模块。

为了进一步节约能源，在没有垃圾投放者投放垃圾时进入到待机状态，本系统还包括感应模块，用于对垃圾投放者进行感应以触发采集模块。当垃圾投放者靠近感应模块时，感应模块感应到垃圾投放者，进而向主控模块发送一个感应信号，主控模块在接收到感应信号后控制采集模块启动，准备对待分类垃圾进行特性信息采集。

在本实施例中，感应模块包括用于感应垃圾投放者的人体热释电红外线传感器，人体热释电红外线传感器与主控模块电性连接。人体热释电红外线传感器可以采用HC-SR501。

为了实现主控模块与管理模块之间的高速可靠通信，本系统还包括物联网模块，用于将垃圾堆量传输给管理模块。物联网模块包括WIFI模块，WIFI模块与主控模块电性连接。在本实施例中，物联网模块采用ESP8266物联网模块，并且搭载SIM800L移动通信模块，其中ESP8266物联网模块用于构建WIFI网络，并且完成系统初始化，SIM800L移动通信模块用于与管理模块通信。

本系统还可以包括一个显示屏，显示屏与主控模块电性连接，主控模块通过显示屏显示已投垃圾的分类结果和数量，便于管理人员巡查，同时还可以播放垃圾分类的宣传视频，将垃圾分类的观念向人们传播。在本实施例中，显示屏可以采用TFT-LCD显示屏。

在本发明中，管理模块可以设置为服务器。

用于智慧城市的垃圾分类识别方法，基于上述的用于智慧城市的垃圾分类识别系统，包括S1至S8。

S1、部署并且初始化系统。

S2、采集模块获取待分类垃圾的特性信息，并且将特性信息传输给主控模块。

S3、主控模块根据特性信息对待分类垃圾进行识别，并且根据识别结果和预设的垃圾分类映射表得到分类结果。

S4、主控模块根据分类结果生成分类动作指令，并且将分类动作指令传输给执行模块。

S5、执行模块根据分类动作指令依次对待分类垃圾进行连接、移动和脱离操作，完成对待分类垃圾的分拣。在本实施例中，因为第一驱动器设置为步进电机，第二驱动器设置为舵机，因此动作指令可以包括用于驱动步进电机转动的第一指令和用于驱动舵机转动的第二指令，其中第一指令用于使步进电机驱动待分类垃圾向垃圾收集箱的上方移动，第二指令用于使舵机驱动托盘翻转将待分类垃圾投放到垃圾收集箱中。

S6、当已分类垃圾触发监测模块时监测模块生成垃圾堆量，并且将垃圾堆量传输给管理模块。

S7、管理模块根据垃圾堆量生成调度指令，并且将调度指令发送给管理人员。

S8、管理人员根据调度指令对已分类垃圾进行转移处理。

系统还包括物联网模块，用于将垃圾堆量传输给监测模块，S1中，初始化系统的方法为S11至S15。

S11、管理人员通过物联网模块构建无线通信网络。在本实施例中，无线通信网络可以设置为WIFI网络。

S12、管理人员将移动终端接入无线通信网络，并且通过无线通信网络和物联网模块向管理模块发送配置请求信息。移动终端可以采用智能手机、平板电脑或者便携式计算机等设备。

S13、管理模块根据配置请求信息生成配置指令，并且将配置指令通过物联网模块传输给主控模块。

S14、主控模块根据配置指令对采集模块、执行模块和监测模块进行配置。

S15、管理人员将移动设备与无线通信网络断开，完成初始化。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.用于智慧城市的垃圾分类识别系统，其特征在于：包括：

采集模块，用于获取待分类垃圾的特性信息；

主控模块，用于根据特性信息对待分类垃圾进行识别得到分类结果；

执行模块，用于根据分类结果对待分类垃圾进行分拣将待分类垃圾转换为已分类垃圾；

监测模块，用于对已分类垃进行监测得到垃圾堆量；

管理模块，用于根据垃圾堆量生成调度指令。

2.如权利要求1所述的用于智慧城市的垃圾分类识别系统，其特征在于：所述采集模块包括用于获取待分类垃圾图像的机器视觉摄像头，机器视觉摄像头与所述主控模块电性连接，所述特性信息包括轮廓信息、特征信息、色彩信息和材质信息。

3.如权利要求1所述的用于智慧城市的垃圾分类识别系统，其特征在于：所述执行模块包括用于驱动待分类垃圾移动的第一驱动器和用于驱动待分类垃圾与第一驱动器脱离的第二驱动器，第一驱动器和第二驱动器均与所述主控模块电性连接。

4.如权利要求1所述的用于智慧城市的垃圾分类识别系统，其特征在于：所述监测模块包括用于感应已分类垃圾堆叠高度的红外对管传感器，红外对管传感器与所述主控模块电性连接。

5.如权利要求1所述的用于智慧城市的垃圾分类识别系统，其特征在于：还包括感应模块，用于对垃圾投放者进行感应以触发所述采集模块。

6.如权利要求5所述的用于智慧城市的垃圾分类识别系统，其特征在于：所述感应模块包括用于感应垃圾投放者的人体热释电红外线传感器，人体热释电红外线传感器与所述主控模块电性连接。

7.如权利要求1所述的用于智慧城市的垃圾分类识别系统，其特征在于：还包括物联网模块，用于将所述垃圾堆量传输给所述管理模块。

8.如权利要求7所述的用于智慧城市的垃圾分类识别系统，其特征在于：所述物联网模块包括WIFI模块，WIFI模块与所述主控模块电性连接。

9.用于智慧城市的垃圾分类识别方法，基于如权利要求1所述的用于智慧城市的垃圾分类识别系统，其特征在于：包括如下步骤：

S1、部署并且初始化所述系统；

S2、所述采集模块获取待分类垃圾的特性信息，并且将特性信息传输给所述主控模块；

S3、主控模块根据特性信息对待分类垃圾进行识别，并且根据识别结果和预设的垃圾分类映射表得到分类结果；

S4、主控模块根据分类结果生成分类动作指令，并且将分类动作指令传输给所述执行模块；

S5、执行模块根据分类动作指令依次对待分类垃圾进行连接、移动和脱离操作，完成对待分类垃圾的分拣；

S6、当已分类垃圾触发所述监测模块时监测模块生成垃圾堆量，并且将垃圾堆量传输给所述管理模块；

S7、管理模块根据垃圾堆量生成调度指令，并且将调度指令发送给管理人员；

S8、管理人员根据调度指令对已分类垃圾进行转移处理。

10.如权利要求9所述的方法，所述系统还包括物联网模块，用于将所述垃圾堆量传输给所述监测模块，其特征在于：S1中，初始化所述系统的方法为：

S11、管理人员通过所述物联网模块构建无线通信网络；

S12、管理人员将移动终端接入无线通信网络，并且通过无线通信网络和物联网模块向所述管理模块发送配置请求信息；

S13、管理模块根据配置请求信息生成配置指令，并且将配置指令通过物联网模块传输给所述主控模块；

S14、主控模块根据配置指令对所述采集模块、所述执行模块和所述监测模块进行配置；

S15、管理人员将移动设备与无线通信网络断开，完成初始化。

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