CN211643370U - 一种实现源头垃圾智能分类的装置 - Google Patents

一种实现源头垃圾智能分类的装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种实现源头垃圾智能分类的装置,包括垃圾识别仓、红外光谱仪和单片机,红外光谱仪设置在垃圾识别仓内、且与单片机信号连接,垃圾识别仓的顶部设有垃圾入口电控门,在垃圾入口电控门的下方设有向下倾斜的接料平台,所述接料平台由缓冲板和转动设于缓冲板低端的电动滑板组成,红外光谱仪位于电动滑板附近,在垃圾识别仓的正下方设有若干分类箱,在分类箱的顶部且位于电动滑板的下方设有分类箱电控门,在分类箱电控门的顶部设有垃圾电动移动机构,且所述垃圾入口电控门、电动滑板、分类箱电控门、垃圾电动移动机构均与单片机电连接。本实用新型可从源头上实现所有垃圾类别的分类,且识别准确率高,无需联网即可实时垃圾分类。

Description

一种实现源头垃圾智能分类的装置
技术领域
本实用新型是涉及一种实现源头垃圾智能分类的装置,属于垃圾分类技术领域。
背景技术
在日常生活中,每天都会扔出许多垃圾,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,以致造成了资源浪费和环境污染问题。随着节能环保意识的增强,垃圾分类现已成为当今社会急需解决的问题之一。
由于不同国家不同地区有着不同的垃圾分类标准,例如,我国垃圾主要分成厨余垃圾(湿垃圾)、其他垃圾(干垃圾)、可回收垃圾和有害垃圾;德国一般分为纸、玻璃、金属和塑料等;澳大利亚一般分为可堆肥垃圾、可回收垃圾和不可回收垃圾;日本一般分为塑料瓶类、可回收塑料、其他塑料、资源垃圾、大型垃圾、可燃烧垃圾、不可燃垃圾、有害垃圾等等;并且,每类垃圾涉及的品种繁杂多样。因此,如何准确实现垃圾智能分类存在诸多困难。
另外,国内外多年实践证明,垃圾分类必须从源头开始,才能有效地降低后期处理的难度和成本,从而真正实现变废为宝和降低污染。但目前还没有真正能实现源头垃圾智能分类的技术,现有技术多为视觉图像处理技术,存在如下诸多缺陷:
1)图像识别算法繁多,不仅识别效率低,而且导致数据库庞大,需要采用云计算实时连接后台服务器使用,这样,一旦发生断网故障或网络攻击,就无法进行实时识别工作;
2)目标物体的识别拘泥于图像处理软件,而图像处理的结果会受到环境、设备等因素的影响,从而导致垃圾分类存在误差,分类准确率低;
可见,至今还没有能实现高准确率、易于实现、安全可靠且全智能化进行各种源头垃圾的分类装置。
实用新型内容
针对现有技术存在的上述问题,本实用新型的目的是提供一种实现源头垃圾智能分类的装置。
为实现上述目的,本实用新型采用如下技术方案:
一种实现源头垃圾智能分类的装置,包括垃圾识别仓、红外光谱仪和单片机,所述红外光谱仪设置在垃圾识别仓内、且与单片机信号连接,所述垃圾识别仓的顶部设有垃圾入口电控门,在垃圾入口电控门的下方设有向下倾斜的接料平台,所述接料平台由缓冲板和转动设于缓冲板低端的电动滑板组成,所述红外光谱仪位于电动滑板附近,在垃圾识别仓的正下方设有若干分类箱,在所述分类箱的顶部且位于电动滑板的下方设有分类箱电控门,在所述分类箱电控门的顶部设有垃圾电动移动机构,且所述垃圾入口电控门、电动滑板、分类箱电控门、垃圾电动移动机构均与单片机电连接。
一种实施方案,在所述垃圾入口电控门处设有LED指示灯,所述LED指示灯的开关与单片机电连接。
一种实施方案,在所述电动滑板与缓冲板的连接处横向设有电动轴,所述电动滑板通过电动轴与缓冲板可转动连接,所述电动轴与单片机电连接。
一种实施方案,在红外光谱仪与电动滑板末端之间设有透明挡板,电动滑板末端与透明挡板的正面相抵接,红外光谱仪设置在透明挡板的背面。
一种优选方案,所述透明挡板为石英玻璃板。
一种实施方案,在接料平台的高端设有能沿着接料平台的延伸方向直线往复移动的电动滑铲,所述电动滑铲与单片机电连接。
一种优选方案,在垃圾识别仓内还设有用于清洁透明挡板的清洁机构,所述清洁机构为设在所述电动滑铲上的纳米擦。
一种实施方案,所述分类箱的数量和大小可调节。
一种实施方案,所述装置包括顶部开口的箱体,所述箱体内活动设有若干竖直方向的分类隔板,所述分类隔板将箱体分为若干分类箱,所述分类箱电控门水平设于分类隔板的顶部,所述分类隔板的底部穿设有电动滑杆,所述电动滑杆与单片机电连接。
一种实施方案,所述装置还包括壳体,垃圾识别仓位于分类箱电控门的上方区域,分类箱处于分类箱电控门的下方区域。
一种优选方案,所述红外光谱仪是能获取波长在780~2500nm范围内的近红外光的吸收或反射光谱数据的近红外光谱仪。
一种优选方案,所述红外光谱仪能实现位置电动移动,以利于全面采集其附近垃圾的红外光谱数据。
相较于现有技术,本实用新型的有益技术效果在于:
本实用新型可从源头上实现所有垃圾类别的分类,无需摄像头,仅通过红外光谱仪采集待分类源头垃圾的红外光谱数据,利用预存的物质本身的红外光谱特征峰数据即可识别垃圾物质种类,从而实现垃圾准确分类,相较于传统的视觉图像识别技术,不仅可有效排除颜色、形状、大小等外部因素的干扰,识别准确率高,而且可显著降低单片机所需的存储空间,从而可实现无需联网工作,使可靠性和安全性及识别处理效率均能得到明显提高,因而相对于现有技术,本实用新型具有显著性进步和实用价值。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的实现源头垃圾智能分类的装置的立体透视图;
图2为本实用新型实施例提供的实现源头垃圾智能分类的装置的垃圾识别仓部分的前侧透视图;
图3为本实用新型实施例提供的实现源头垃圾智能分类的装置的剖视图;
图4为本实用新型实施例提供的实现源头垃圾智能分类的装置(去掉壳体)的使用状态图一;
图5为本实用新型实施例提供的实现源头垃圾智能分类的装置(去掉壳体)的使用状态图二;
图6为本实用新型实施例提供的实现源头垃圾智能分类的装置(去掉壳体)的使用状态图三;
图7为分属于厨余垃圾类别中的面包的红外吸收光谱示例图;
图8为分属于可回收垃类别中的塑料洗发水瓶的红外吸收光谱示例图;
图9为分属于其他垃圾类别中的餐巾纸的红外吸收光谱示例图;
图10为分属于有害垃圾别中的西药胶囊的红外吸收光谱示例图;
图中标号示意如下:1、垃圾识别仓;2、红外光谱仪;3、单片机;4、垃圾入口电控门;5、接料平台;51、缓冲板;52、电动滑板;6、分类箱;7、分类箱电控门;8、垃圾电动移动机构;9、垃圾;10、电动轴;11、透明挡板;12、电动滑铲;13、清洁机构;14、分类隔板;15、壳体;16、电动滑杆A;17、电动滑杆B;18、电动滑杆C;19、电动滑杆D;20、电动滑杆E;21、电动滑杆F;22、固定盖板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案做进一步详细、完整地说明。
实施例
请结合图1至图6所示,本实施例提供了一种实现源头垃圾智能分类的装置,包括垃圾识别仓1、红外光谱仪2和单片机3,所述红外光谱仪2与单片机3信号连接,所述垃圾识别仓1设有垃圾入口电控门4,垃圾入口电控门4的下方设有向下倾斜的接料平台5,所述接料平台5是由缓冲板51和设于缓冲板51末端的电动滑板52组成,所述红外光谱仪2位于电动滑板52附近,所述垃圾识别仓1的正下方设有若干分类箱6,所述分类箱6的顶部设有分类箱电控门7,所述分类箱电控门7的顶部活动设有垃圾电动移动机构8,所述分类箱电控门7 位于电动滑板52的下方,所述垃圾入口电控门4、电动滑板52、分类箱电控门7和垃圾电动移动机构8均与单片机3电连接。
再参见图1至图3所示,所述单片机3设于垃圾识别仓1内。
本实施例中,电动滑板52相当于垃圾识别仓1的门,使电动滑板52向下旋转,即相当于打开垃圾识别仓1的门,然后使电动滑板52向上旋转复位,即相当于关闭垃圾识别仓1的门。
垃圾进入垃圾识别仓1后,是先落在接料平台5的缓冲板51上,然后从缓冲板51滑向电动滑板52,本实施例中,缓冲板51为橡胶垫板,具有较好的弹性,对落入其表面上的垃圾9可以起到缓冲作用,电动滑板52为特氟龙垫板或表面为特氟龙材质的垫板,摩擦系数低,光滑,便于垃圾进一步下滑。
本实施例中,所述电动滑板52与缓冲板51的连接处横向设有电动轴10,所述电动滑板 52通过电动轴10与缓冲板51转动连接,所述电动轴10与单片机3电连接。
垃圾电动移动机构8可以为常用的移动机构,例如,机械手等。本实施例中,所述垃圾电动移动机构8为对称设于分类箱电控门7顶部两端的电动移动滑板,具体的可以为特氟龙或表面为特氟龙材质的三角形电动移动滑板,再结合图4至图6所示,使用的时候,垃圾9从电动滑板52上落下掉入分类箱电控门7的顶部,移动三角形电动移动滑板将垃圾9夹持住,然后移至位于相应分类箱6的部位,接着移开分类箱电控门7即可使垃圾9落入对应分类箱 6中。
使用所述装置实现源头垃圾智能分类时,具体包括如下步骤:
a)通过单片机3控制打开垃圾入口电控门4,待分类垃圾9从垃圾入口电控门4进入垃圾识别仓1内,垃圾9进入垃圾识别仓1后单片机3控制关闭垃圾入口电控门4;
b)使进入垃圾识别仓1内的垃圾9送至红外光谱仪2附近;具体的,垃圾9进入垃圾识别仓1后落到垃圾识别仓1内向下倾斜设置的接料平台5的表面,然后在重力作用下沿着接料平台5从缓冲板51滑至电动滑板52处,从而被送至红外光谱仪2附近;
c)通过红外光谱仪2采集进入垃圾识别仓1内待分类垃圾9的红外光谱数据,并将采集到的红外光谱数据传送给单片机3;红外光谱仪2采集数据过程中位置可移动,可在不同位置采集其附近垃圾不同部位的红外光谱数据;
d)单片机3对接收的红外光谱数据与其内预存的物质与红外光谱特征峰数据的映射数据库进行比对识别,得到所识别垃圾的物质种类,然后依据其内预存的物质与垃圾分类的映射表对识别的垃圾物质进行垃圾分类;
e)单片机3判断步骤d)识别的垃圾是否属于单一垃圾类别,如果判断结果为否,则打开垃圾入口电控门4提示用户检查和重新投放并结束垃圾分类,直至用户纠正垃圾投放错误后重启;如果判断结果为是,则执行步骤f);
f)打开垃圾识别仓1,使垃圾9离开垃圾识别仓1,关闭垃圾识别仓1;具体的,单片机3 控制电动滑板52相对缓冲板51向下旋转,打开垃圾识别仓1,电动滑板52表面的垃圾在重力作用下离开电动滑板52,从而使垃圾离开垃圾识别仓1,垃圾离开垃圾识别仓1后,单片机3控制电动滑板52向上旋转至其复位,关闭垃圾识别仓1;
g)垃圾电动移动机构8根据单片机3的判断结果将垃圾送至相应分类箱6处,然后打开分类箱电控门7使垃圾落入相应的分类箱6中,从而完成一次垃圾智能分类。
作为优选方案:
本实施例中,在所述垃圾入口电控门4处设有LED指示灯(未显示),所述LED指示灯的开关与单片机3电连接。这样,可通过LED指示灯闪烁提示用户检查和打开垃圾入口电控门4。
本实施例中,在接料平台5和红外光谱仪2之间竖直设有透明挡板11。所述透明挡板11 优选为石英玻璃板。分类过程中,如若红外光谱仪2被污染或碰撞,将无法准确识别,设有的透明挡板11则可对红外光谱仪2起到保护作用,并且石英玻璃对于近红外光是透明的,不会影响红外光谱仪2对光谱数据的采集。
本实施例中,所述接料平台5的高端设有可沿着接料平台5的延伸方向直线往复移动的电动滑铲12,所述电动滑铲12与单片机3电连接。电动滑铲12为特氟龙滑铲或表面材质为特氟龙的滑铲,如果接料平台5中缓冲板51上有残余垃圾,通过电动滑铲12可以将残余垃圾推至电动滑板52处,使残余垃圾靠近红外光谱仪2,从而可以对残余垃圾进一步进行识别和分类。电动滑铲12可以设置为三角柱形结构,以便于推动接料平台5上的残余垃圾。
本实施例中,接料平台5上设有可沿着接料平台5的延伸方向直线往复移动的清洁机构 13。具体的,所述清洁机构13为纳米擦,所述纳米擦设于电动滑铲12上。纳米擦可以设置为半圆柱形,以便于固定在电动滑铲12上。使用的时候,清洁机构13(纳米擦)可随着电动滑铲12一同下滑,以实现对透明挡板11进行清洁,以免残留污渍干扰红外光谱数据的采集。
所述分类箱6的数量和大小可调节。本实施例中,所述装置包括顶部开口的箱体,所述箱体内活动设有若干竖直方向的分类隔板14,所述分类隔板14将箱体分为若干分类箱6,所述分类箱电控门7水平设于分类隔板14的顶部。
本实施例中,所述装置包括壳体15,垃圾识别仓1处于壳体内分类箱电控门7的上方区域,分类箱6处于分类箱电控门7的下方区域。通过壳体15的设置,将整个装置中的组件集约到一起。
本实施例中,在垃圾识别仓1的内侧部设有电动滑杆A16,红外光谱仪2与电动滑杆A16 滑动连接,能沿着电动滑杆A16做直线往复移动;在垃圾识别仓1的内顶部设有电动滑杆B17,垃圾入口电控门4与电动滑杆B17滑动连接,可沿着电动滑杆B17做直线往复移动,以打开或关闭垃圾识别仓1的垃圾入口;接料平台5上沿着其延伸方向设有电动滑杆C18,电动滑铲12与电动滑杆C18滑动连接,可沿着电动滑杆C18做直线往复移动,进而可沿着接料平台5直线移动;分类箱6的顶部入口水平设有电动滑杆D19,分类箱电控门7与电动滑杆D19滑动连接,可沿着电动滑杆D19做水平前后移动,以打开对应分类箱6的垃圾入口;分类箱电控门7的顶部设有电动滑杆E20,垃圾电动移动机构8与电动滑杆E20滑动连接,可沿着电动滑杆E20做直线往复移动,以实现垃圾的移动;分类箱6的两侧壁设有电动滑杆F21,分类隔板14与电动滑杆F21滑动连接,可沿着电动滑杆F21做直线往复移动,以调节分类箱 6的大小。所有的电动滑杆均与单片机3电连接,单片机3通过对应的电动滑杆与垃圾入口电控门4、分类隔板14(相当于分类箱6)、分类箱电控门7、垃圾电动移动机构8等电连接。
此外,本实施例中,在分类箱6的顶部、分类箱电控门7的侧部还水平设有固定盖板22。
因每种物质在红外光范围内都有其吸收特征峰(如图7至图10所示),因此,本实用新型利用红外光谱仪采集源头垃圾的红外光谱数据,利用预存的物质与红外光谱特征峰数据的映射数据库进行比对即可识别垃圾所属的物质种类,是一种利用物质的本质特征来识别垃圾,因而可有效排除颜色、形状、大小等因素的干扰,使得垃圾识别的准确率非常高。并且,垃圾识别所需的红外光谱特征峰数据只有一个维度,而视觉图像识别需要多个维度(包括颜色、形状、大小等)的特征数据,因此本实用新型所述装置所需采集的数据量显著降低,识别效率可大幅提升,且所需单片机的数据存储内存很小,有利于实现单片机的小型化和断网使用,使得源头垃圾分类的可靠性和安全性明显得到提升。
此外,本实用新型采用红外光谱进行垃圾分类过程中,即便对物体识别有误差,却仍然可以准确分类,这是因为绝大多数同一类别的垃圾其红外特征峰数据相近。例如,苹果皮即便被识别成梨皮,其仍然可以被准确地分到厨余垃圾。同时,这也降低了对于红外光谱仪的分辨率要求,从商用的角度给红外光谱仪的性价比留出了提升空间。
采用本实用新型所述装置,可识别所有垃圾,而非部分类别的垃圾,并且,无需添加摄像头借助机器视觉等其他机构来进行补充识别。
本实用新型所述红外光谱仪优选能获取波长在780~2500nm范围内的近红外光的吸收或反射光谱数据的近红外光谱仪。进一步,本实用新型所述的红外光谱仪优选分辨率1nm及以下、波长范围为780~2500nm的通用干涉型光谱仪。
本实用新型中,所述单片机内预存的物质与红外光谱特征峰数据的映射数据库能实现更新。所述的物质与红外光谱特征峰数据的映射数据库可通过计算机采用现有开源算法模型进行学习和训练累积获得;此外,本实用新型所述的单片机建议采用内存较大且支持 MicroPython语言的通用单片机,例如PyBoard。单片机应该具备MicroSD闪存卡槽接口,以便增加外部存储。所述单片机内预存的物质与垃圾分类的映射表可根据垃圾分类所在国家/地区进行选择。
另外,分类箱的数量可根据垃圾分类所在国家/地区对应的垃圾分类标准进行调整,分类箱的大小则可以根据垃圾分类使用场景(例如,办公室、医院、餐厅等)进行调整,如下表所示:
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最后有必要在此指出的是:以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实现源头垃圾智能分类的装置,其特征在于:包括垃圾识别仓、红外光谱仪和单片机,所述红外光谱仪设置在垃圾识别仓内、且与单片机信号连接,所述垃圾识别仓的顶部设有垃圾入口电控门,在垃圾入口电控门的下方设有向下倾斜的接料平台,所述接料平台由缓冲板和转动设于缓冲板低端的电动滑板组成,所述红外光谱仪位于电动滑板附近,在垃圾识别仓的正下方设有若干分类箱,在所述分类箱的顶部且位于电动滑板的下方设有分类箱电控门,在所述分类箱电控门的顶部设有垃圾电动移动机构,且所述垃圾入口电控门、电动滑板、分类箱电控门、垃圾电动移动机构均与单片机电连接。
2.根据权利要求1所述的实现源头垃圾智能分类的装置,其特征在于:在所述垃圾入口电控门处设有LED指示灯,所述LED指示灯的开关与单片机电连接。
3.根据权利要求1所述的实现源头垃圾智能分类的装置,其特征在于:在所述电动滑板与缓冲板的连接处横向设有电动轴,所述电动滑板通过电动轴与缓冲板可转动连接,所述电动轴与单片机电连接。
4.根据权利要求1所述的实现源头垃圾智能分类的装置,其特征在于:在红外光谱仪与电动滑板末端之间设有透明挡板,电动滑板末端与透明挡板的正面相抵接,红外光谱仪设置在透明挡板的背面。
5.根据权利要求1所述的实现源头垃圾智能分类的装置,其特征在于:在接料平台的高端设有能沿着接料平台的延伸方向直线往复移动的电动滑铲,所述电动滑铲与单片机电连接。
6.根据权利要求5所述的实现源头垃圾智能分类的装置,其特征在于:在垃圾识别仓内还设有用于清洁透明挡板的清洁机构,所述清洁机构为设在所述电动滑铲上的纳米擦。
7.根据权利要求1所述的实现源头垃圾智能分类的装置,其特征在于:所述装置包括顶部开口的箱体,所述箱体内活动设有若干竖直方向的分类隔板,所述分类隔板将箱体分为若干分类箱,所述分类箱电控门水平设于分类隔板的顶部,所述分类隔板的底部穿设有电动滑杆,所述电动滑杆与单片机电连接。
8.根据权利要求7所述的实现源头垃圾智能分类的装置,其特征在于:所述装置还包括壳体,垃圾识别仓位于分类箱电控门的上方区域,分类箱处于分类箱电控门的下方区域。
9.根据权利要求1所述的实现源头垃圾智能分类的装置,其特征在于:所述红外光谱仪是能获取波长在780~2500nm范围内的近红外光的吸收或反射光谱数据的近红外光谱仪。
10.根据权利要求1所述的实现源头垃圾智能分类的装置,其特征在于:所述红外光谱仪能实现位置电动移动。
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