CN211418362U - 人工智能分类垃圾桶 - Google Patents

Abstract

人工智能分类垃圾桶，包括桶体，桶体内设置有第一容纳腔、第二容纳腔、第三容纳腔、第四容纳腔和控制室，控制室内设置有主控及声卡模组、蓄电池、喇叭、摄像头和红外传感器模块，桶体内设有四个分别控制第一垃圾盖、第二垃圾盖、第三垃圾盖和第四垃圾盖开合的舵机，摄像头和红外传感器模块均透过控制门朝前监测，桶体顶部设置有太阳能电池板，超声波测距模块监测垃圾高度。本实用新型将人工垃圾分类转变为智能化，大大的节省了人力物力，并且使垃圾资源实现最大的利用。避免了环卫工人需要实时施巡视垃圾桶的麻烦，也避免了垃圾到处乱飞的情况。

Description

人工智能分类垃圾桶

技术领域

本实用新型属于环保技术领域，具体涉及一种语音识别、图像识别、物联网技术的人工智能分类垃圾桶。

背景技术

随着物质生活的极大丰富和消费需求的快速增长，在“买买买”同时也伴随着“丢丢丢”，生产生活产生的垃圾量快速增长。我国是垃圾产生大国，据《广州日报》报道，全国每人每天平均要产生1公斤垃圾，三分之二的城市正在遭遇垃圾围城的困局。据生态环境部发布的《2018年全国大、中城市固体废物污染环境防治年报》，经统计，目前我国生活垃圾增长率为9%，人均每年垃圾产量440公斤，年产垃圾量为1.5亿吨左右，垃圾堆存量高达66亿吨，侵占35亿多平方米的土地。全国大、中城市生活垃圾产量为20194.4万吨。前10位城市产生的生活垃圾总量为5685.8万吨，占全部信息发布城市产生总量的28.2%。如此大量的垃圾，仅靠简单的填埋和焚烧处理，已不能适应我国面临的解决城市垃圾造成的严重危害，而且还有部分垃圾未经处理，这些生活垃圾或被堆放在指定地点，或随意堆放在河沿、池塘和城乡结合部，垃圾围城现象依然存在，而且有想乡村延伸的趋势。如何提高垃圾处理的效率、控制垃圾增长的速度，成为社会发展亟待思考的话题。长远而论，依靠民众的力量，进行垃圾的分类收集，在进行无害化处理的同时走再资源化的道路，有效综合利用城市垃圾，是当前发展趋势，是今后处理和利用城市垃圾的基础工作。垃圾分类不仅可以提高垃圾的资源价值和经济价值，还能让环境靓丽起来，减少污染。但垃圾有成千上万种，如何分辨属于哪一类垃圾对于居民来说可是一件令人头疼的是，如果在上海说不定还要面临被罚钱的危险。从家中去楼下丢整袋垃圾时，却又要因为垃圾分类不得不把垃圾从袋子里一一拿出来放到对应的垃圾箱中，不仅麻烦还会弄脏手。目前,城市及农村部分垃圾桶存在垃圾桶满了却没有及时清理导致地上堆满了垃圾，垃圾到处乱飞的情形时有发生。因此，市场上急需一种能智能分类垃圾桶来满足人们对美好生活的向往。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种方便操作、卫生、安全、交互感强、节省人力物力的人工智能分类垃圾桶。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：人工智能分类垃圾桶，包括呈长方体形状的桶体，桶体内自左向右依次设置有第一容纳腔、第二容纳腔、第三容纳腔和第四容纳腔，桶体内上部在前侧上部第二容纳腔和第三容纳腔之间的位置设置有控制室，控制室内设置有主控及声卡模组、蓄电池、喇叭、摄像头和红外传感器模块，桶体前侧上部自左向右依次设有分别与第一容纳腔、第二容纳腔、控制室、第三容纳腔和第四容纳腔对应的第一垃圾盖、第二垃圾盖、控制门、第三垃圾盖和第四垃圾盖，第一垃圾盖、第二垃圾盖、第三垃圾盖和第四垃圾盖的上侧边均通过合页转动连接在桶体上，桶体内设有四个分别控制第一垃圾盖、第二垃圾盖、第三垃圾盖和第四垃圾盖开合的舵机，摄像头和红外传感器模块均透过控制门朝前监测，桶体顶部设置有太阳能电池板，第一容纳腔、第二容纳腔、第三容纳腔和第四容纳腔的顶部均设有一个用于监测垃圾高度的超声波测距模块，太阳能电池板通过光伏充电控制器,与蓄电池连接，蓄电池为主控及声卡模组供电，主控及声卡模组通过控制线路分别与喇叭、摄像头、红外传感器模块、舵机和超声波测距模块连接。

桶体内在第一容纳腔、第二容纳腔、第三容纳腔和第四容纳腔内分别设置有用于存放不同种类垃圾的第一内箱体、第二内箱体、第三内箱体和第四内箱体，桶体后侧设有用于取放的第一内箱体、第二内箱体、第三内箱体和第四内箱体的第一垃圾门、第二垃圾门、第三垃圾门和第四垃圾门。

第一容纳腔、第二容纳腔、第三容纳腔和第四容纳腔的底部分别设有与第一内箱体、第二内箱体、第三内箱体和第四内箱体底部压接配合的压力传感器，四个压力传感器通过数据线与主控及声卡模组连接。

主控及声卡模组包括树莓派和语音识别模块。

控制门上在摄像头上方设置有用于夜晚摄像头拍照的LED灯，LED灯通过线路与主控及声卡模组连接。

主控及声卡模组内置无线传输模块。

采用上述技术方案，本实用新型为四分类垃圾桶，外形尺寸为120cm*40cm*80cm，主要把垃圾分为可回收垃圾、干垃圾、湿垃圾和有害垃圾，四种垃圾可分别对应第一内箱体、第二内箱体、第三内箱体和第四内箱体来盛装。对于如何智能识别垃圾种类，本实用新型通过树莓派的双麦克风扩展板（语言识别模块）开发的基于百度智能云平台的语音助手，能够实现语音唤醒，语音识别等功能。对于垃圾分类，可以通过语音识别得到用户所要扔的垃圾的信息，并与垃圾分类数据库中的数据进行比对，确定出用户所要扔的垃圾是属于哪一类的垃圾，然后控制某个舵机使相应的垃圾盖打开，用户便可以将垃圾正确地投放到相应类型的内箱体中。其核心装置主要为树莓派、舵机、蓄电池和树莓派双麦克风扩展板。树莓派双麦克风扩展板是基于WM8960开发的低功耗立体声编码器，通过开发板结合百度智能云平台DuerOs语音服务与树莓派，可以实时地收集人们说话的声音并转化为文字，再将得到的垃圾名字与搭建的垃圾类型数据库对照，便可以识别出该垃圾的类型，同时也可以实现与用户的简单语音交互。当使用时只用说垃圾名称，便能自动识别其关键词，通过提取关键词来确定所要扔的垃圾属于哪一类，喇叭通过与声卡相连来进行语音交互并告诉使用者所扔垃圾的种类。识别后便自动打开对应的垃圾盖。

除了语音识别外，本实用新型还加入了图像识别进行垃圾分类，方便嘈杂环境下语音识别不准确和并不知道该垃圾名称的情况，当要丢垃圾时只需将垃圾放到摄像头前面，红外传感器模块检测到有人要扔垃圾时，将信号传输给树莓派，树莓派发出指令启动摄像头进行拍照，也可以通过桶体上方的按钮来手动操作控制拍照识别，拍照完成后将图像送入预测模型，通过事先训练好的模型预测该物体是什么属于哪一类垃圾。由于训练模型的数据有限，所以当遇到不能识别的垃圾时会将图形交由第三方API进行辅助识别并返回信息。树莓派根据反馈信息分析出该垃圾属于哪一类后，并通过某个舵机控制对应的垃圾盖自动打开，当人扔垃圾后会自动合上垃圾盖。在训练图像识别模型时本实用新型主要采用了卷积神经网络，通过卷积层初步提取特征，池化层提取主要特征，全连接层将各部特征汇总产生分类器，进行预测识别。在预测时主要通过摄像头拍照，将图像送入训练的模型得到输出结果。不能识别时直接将图片传入到第三方API。此外，结合室外的特性在桶体的顶部放置了一块太阳能电池板，可以为整个垃圾桶的只能操作提供电能，且在夜间当使用摄像头拍照时，该智能垃圾桶会自动打开LED灯。

本实用新型通过超声波测距模块来检测垃圾是否已满，还可以通过无线传输模块将数据传输到服务器端并能显示所有地区的垃圾桶分布图及状态。若某一垃圾桶内某种垃圾已满，后台界面上对应该垃圾桶的标识会变红，并会在后台桌面上显示该垃圾桶的位置，并且可以发送信息方便环卫工人及时进行处理。对于垃圾桶检测是否已满主要采用的是超声波测距模块检测内箱体内盛装的垃圾的高度距桶体顶部的距离，若距离小于一定高度时判定垃圾桶为满，并向服务器端发送信息。垃圾桶的底部装有压力传感器，可以用检测各个区域垃圾桶每天进垃圾的总数量和个类垃圾的总数量，并在服务器端显示汇总统计图，更加直观的看到整个城市的垃圾的情况。当环卫工人处理装满的垃圾桶时，对应打开桶体后侧的垃圾门，将内箱体向后拉出，倒出垃圾后再将内箱体放回，关上垃圾门。

采用上述技术方案，本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1.结合人工智能技术，通过图像识别、语音识别等多种方式识别垃圾，以方便不同的人群。

2.通过深度学习训练图像识别模型，从而提高图像识别的准确性；树莓派结合百度智能云平台实现语音识别功能，从而更好地服务用户。

3.通过物联网技术实时观测垃圾桶的状态，从而方便环卫工人清理垃圾。

4.通过大数据技术分析各个地方的垃圾情况，从而合理分配垃圾桶，方便人们投放垃圾，使得人们找不到垃圾桶的情况尽量减少。

6.语音召唤自动开盖，当你在做饭或者洗衣服时只需要语音召唤，直接扔垃圾即可，避免了还要碰垃圾桶却又怕手脏的情况。且自动合盖能有效防止垃圾桶内的气味散发。

7.通过太阳能电池板为室外垃圾桶整套装置供电，方便管理且节省能源。

8．设置四类垃圾分类存放，分类更加细化，方便垃圾后续的处理。

综上所述，本实用新型通过语音识别技术、图像识别技术、物联网技术和人工智能解决人们扔垃圾因不知怎么分类的痛苦。而且将人工垃圾分类转变为智能化，大大的节省了人力物力，并且使垃圾资源实现最大的利用。智能测垃圾桶是否已满，通过在后台服务器预警提示让工作人员及时清理。该垃圾桶大大的节省了人力物力，避免了环卫工人需要实时施巡视垃圾桶的麻烦，也避免了垃圾到处乱飞的情况。而且垃圾也是一种数据，通过物联网技术将每个垃圾桶的数据传输到服务器后台，统计出各个区域产生各类垃圾的数量及其他数据，对城市数据统计和未来城市规划都可以起到重要的作用。

附图说明

图1是本实用新型正面的结构示意图；

图2是本实用新型的背面立体结构示意图；

图3是本实用新型的语音识别控制流程示意图；

图4是本实用新型的图像识别控制流程示意图；

图5是本实用新型的服务器工作示意图；

图6是本实用新型的控制框图。

具体实施方式

如图1-图6所示，本实用新型的人工智能分类垃圾桶，包括呈长方体形状的桶体1，桶体1内自左向右依次设置有第一容纳腔、第二容纳腔、第三容纳腔和第四容纳腔，桶体1内上部在前侧上部第二容纳腔和第三容纳腔之间的位置设置有控制室，控制室内设置有主控及声卡模组2、蓄电池3、喇叭4、摄像头5和红外传感器模块6，桶体1前侧上部自左向右依次设有分别与第一容纳腔、第二容纳腔、控制室、第三容纳腔和第四容纳腔对应的第一垃圾盖7、第二垃圾盖8、控制门9、第三垃圾盖10和第四垃圾盖11，第一垃圾盖7、第二垃圾盖8、第三垃圾盖10和第四垃圾盖11的上侧边均通过合页12转动连接在桶体1上，桶体1内设有四个分别控制第一垃圾盖7、第二垃圾盖8、第三垃圾盖10和第四垃圾盖11开合的舵机13，摄像头5和红外传感器模块6均透过控制门9朝前监测，桶体1顶部设置有太阳能电池板14，第一容纳腔、第二容纳腔、第三容纳腔和第四容纳腔的顶部均设有一个用于监测垃圾高度的超声波测距模块15，太阳能电池板14通过光伏充电控制器,与蓄电池3连接，蓄电池3为主控及声卡模组2供电，主控及声卡模组2通过控制线路分别与喇叭4、摄像头5、红外传感器模块6、舵机13和超声波测距模块15连接。

桶体1内在第一容纳腔、第二容纳腔、第三容纳腔和第四容纳腔内分别设置有用于存放不同种类垃圾的第一内箱体16、第二内箱体17、第三内箱体18和第四内箱体19，桶体1后侧设有用于取放的第一内箱体16、第二内箱体17、第三内箱体18和第四内箱体19的第一垃圾门20、第二垃圾门21、第三垃圾门22和第四垃圾门23。

第一容纳腔、第二容纳腔、第三容纳腔和第四容纳腔的底部分别设有与第一内箱体16、第二内箱体17、第三内箱体18和第四内箱体19底部压接配合的压力传感器，四个压力传感器通过数据线与主控及声卡模组2连接。

主控及声卡模组2包括树莓派和语音识别模块。

控制门9上在摄像头5上方设置有用于夜晚摄像头5拍照的LED灯，LED灯通过线路与主控及声卡模组2连接。主控及声卡模组2内置无线传输模块。

本实用新型为四分类垃圾桶，外形尺寸为120cm*40cm*80cm，主要把垃圾分为可回收垃圾、干垃圾、湿垃圾和有害垃圾，四种垃圾可分别对应第一内箱体16、第二内箱体17、第三内箱体18和第四内箱体19来盛装。对于如何智能识别垃圾种类，本实用新型通过树莓派的双麦克风扩展板（语言识别模块）开发的基于百度智能云平台的语音助手，能够实现语音唤醒，语音识别等功能。对于垃圾分类，可以通过语音识别得到用户所要扔的垃圾的信息，并与垃圾分类数据库中的数据进行比对，确定出用户所要扔的垃圾是属于哪一类的垃圾，然后控制某个舵机13使相应的垃圾盖打开，用户便可以将垃圾正确地投放到相应类型的内箱体中。其核心装置主要为树莓派、舵机13、蓄电池3和树莓派双麦克风扩展板。树莓派双麦克风扩展板是基于WM8960开发的低功耗立体声编码器，通过开发板结合百度智能云平台DuerOs语音服务与树莓派，可以实时地收集人们说话的声音并转化为文字，再将得到的垃圾名字与搭建的垃圾类型数据库对照，便可以识别出该垃圾的类型，同时也可以实现与用户的简单语音交互。当使用时只用说垃圾名称，该装置便能自动识别其关键词，通过提取关键词来确定所要扔的垃圾属于哪一类，喇叭4通过与声卡相连来进行语音交互并告诉使用者所扔垃圾的种类。识别后便自动打开对应的垃圾盖。

除了语音识别外，本实用新型还加入了图像识别进行垃圾分类，方便嘈杂环境下语音识别不准确和并不知道该垃圾名称的情况，当要丢垃圾时只需将垃圾放到摄像头5前面，红外传感器模块6检测到有人要扔垃圾时，将信号传输给树莓派，树莓派发出指令启动摄像头5进行拍照，也可以通过桶体1上方的按钮来手动操作控制拍照识别，拍照完成后将图像送入预测模型，通过事先训练好的模型预测该物体是什么属于哪一类垃圾。由于训练模型的数据有限，所以当遇到不能识别的垃圾时会将图形交由第三方API进行辅助识别并返回信息。树莓派根据反馈信息分析出该垃圾属于哪一类后，并通过某个舵机13控制对应的垃圾盖自动打开，当人扔垃圾后会自动合上垃圾盖。在训练图像识别模型时本实用新型主要采用了卷积神经网络，通过卷积层初步提取特征，池化层提取主要特征，全连接层将各部特征汇总产生分类器，进行预测识别。在预测时主要通过摄像头拍照，将图像送入训练的模型得到输出结果。不能识别时直接将图片传入到第三方API。此外，结合室外的特性在桶体1的顶部放置了一块太阳能电池板14，可以为整个垃圾桶的只能操作提供电能，且在夜间当使用摄像头5拍照时，该智能垃圾桶会自动打开LED灯。

本实用新型通过超声波测距模块15来检测垃圾是否已满，还可以通过无线传输模块将数据传输到服务器端并能显示所有地区的垃圾桶分布图及状态。若某一垃圾桶内某种垃圾已满，后台界面上对应该垃圾桶的标识会变红，并会在后台桌面上显示该垃圾桶的位置，并且可以发送信息方便环卫工人及时进行处理。对于垃圾桶检测是否已满主要采用的是超声波测距模块15检测内箱体内盛装的垃圾的高度距桶体1顶部的距离，若距离小于一定高度时判定垃圾桶为满，并向服务器端发送信息。垃圾桶的底部装有压力传感器，可以用检测各个区域垃圾桶每天进垃圾的总数量和个类垃圾的总数量，并在服务器端显示汇总统计图，更加直观的看到整个城市的垃圾的情况。当环卫工人处理装满的垃圾桶时，对应打开桶体1后侧的垃圾门，将内箱体向后拉出，倒出垃圾后再将内箱体放回，关上垃圾门。

需要着重指出的是，本实用新型中涉及到的太阳能电池板14、主控及声卡模组2、蓄电池3、喇叭4、摄像头5、红外传感器模块6和超声波测距模块15等均为已知硬件，市场上均可以购置，其具体构造及型号不再赘述。上述已知硬件中分别内置有已知软件实现各自的功能。本实用新型所实现的功能是由选择的硬件设备及其相互之间的连接关系带来的，不需要进行程序控制上的改进，即不需要设计新的软件。

本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.人工智能分类垃圾桶，包括呈长方体形状的桶体，其特征在于：桶体内自左向右依次设置有第一容纳腔、第二容纳腔、第三容纳腔和第四容纳腔，桶体内上部在前侧上部第二容纳腔和第三容纳腔之间的位置设置有控制室，控制室内设置有主控及声卡模组、蓄电池、喇叭、摄像头和红外传感器模块，桶体前侧上部自左向右依次设有分别与第一容纳腔、第二容纳腔、控制室、第三容纳腔和第四容纳腔对应的第一垃圾盖、第二垃圾盖、控制门、第三垃圾盖和第四垃圾盖，第一垃圾盖、第二垃圾盖、第三垃圾盖和第四垃圾盖的上侧边均通过合页转动连接在桶体上，桶体内设有四个分别控制第一垃圾盖、第二垃圾盖、第三垃圾盖和第四垃圾盖开合的舵机，摄像头和红外传感器模块均透过控制门朝前监测，桶体顶部设置有太阳能电池板，第一容纳腔、第二容纳腔、第三容纳腔和第四容纳腔的顶部均设有一个用于监测垃圾高度的超声波测距模块，太阳能电池板通过光伏充电控制器,与蓄电池连接，蓄电池为主控及声卡模组供电，主控及声卡模组通过控制线路分别与喇叭、摄像头、红外传感器模块、舵机和超声波测距模块连接。

2.根据权利要求1所述的人工智能分类垃圾桶，其特征在于：桶体内在第一容纳腔、第二容纳腔、第三容纳腔和第四容纳腔内分别设置有用于存放不同种类垃圾的第一内箱体、第二内箱体、第三内箱体和第四内箱体，桶体后侧设有用于取放的第一内箱体、第二内箱体、第三内箱体和第四内箱体的第一垃圾门、第二垃圾门、第三垃圾门和第四垃圾门。

3.根据权利要求2所述的人工智能分类垃圾桶，其特征在于：第一容纳腔、第二容纳腔、第三容纳腔和第四容纳腔的底部分别设有与第一内箱体、第二内箱体、第三内箱体和第四内箱体底部压接配合的压力传感器，四个压力传感器通过数据线与主控及声卡模组连接。

4.根据权利要求1或2所述的人工智能分类垃圾桶，其特征在于：主控及声卡模组包括树莓派和语音识别模块。

5.根据权利要求1或2所述的人工智能分类垃圾桶，其特征在于：控制门上在摄像头上方设置有用于夜晚摄像头拍照的LED灯，LED灯通过线路与主控及声卡模组连接。

6.根据权利要求1或2所述的人工智能分类垃圾桶，其特征在于：主控及声卡模组内置无线传输模块。

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