物聯(lián)網(wǎng)在垃圾回收站中應(yīng)用研究

葛 鑫，邵育蘭，曾貴苓

(蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣與自動(dòng)化學(xué)院(籌)，安徽 蕪湖 241000)

0 引言

隨著生活節(jié)奏的不斷加快，物品的種類和數(shù)量呈不斷上升的趨勢，越來越多的垃圾伴隨在我們身邊。城鄉(xiāng)生活的垃圾量、清理量不斷增加，給城市垃圾管理和處理帶來了巨大的壓力，堆積在垃圾回收站的垃圾沒有得到有效、及時(shí)處理。垃圾數(shù)量的增加，伴隨著環(huán)境中溫度、濕度的變化，加速了生活垃圾中有機(jī)物的腐爛分解及工業(yè)垃圾中部分材料氣味的揮發(fā)，等等，不可避免地造成環(huán)境污染。

垃圾回收站的污染源主要來自進(jìn)廠的原始垃圾。垃圾運(yùn)輸車在卸料過程中和垃圾堆放在垃圾儲(chǔ)坑內(nèi)散發(fā)出有毒有害氣體主要包括硫化氫(H2S)、氨氣(NH3)、甲醛等，這些氣體的擴(kuò)散將嚴(yán)重危害人體健康。對(duì)垃圾回收站的有毒有害氣體檢測能夠及時(shí)提醒垃圾處理，是未來垃圾回收站環(huán)境檢測的必然趨勢。

1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)(The Internet of Things，簡稱IOT)是通過射頻關(guān)鍵技術(shù)、多種類型傳感器、定位技術(shù)等各種信息技術(shù)，實(shí)時(shí)采集各類光、溫度、電等需要信息，經(jīng)過各類通信網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)物物之間、物人之間的相連，以達(dá)到對(duì)物品和過程的感知、識(shí)別和管理智能化。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)以網(wǎng)絡(luò)為信息承載體、實(shí)現(xiàn)對(duì)被獨(dú)立尋址的普通物理對(duì)象構(gòu)成相互連接的網(wǎng)絡(luò)。

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中有三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：

傳感技術(shù)。其為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的核心技術(shù)。目前，計(jì)算機(jī)處理的信號(hào)基本都是數(shù)字信號(hào)。到目前為止，絕大部分計(jì)算機(jī)處理的都是數(shù)字信號(hào)，對(duì)于模擬信號(hào)，需要通過傳感器轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)給與計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

RFID標(biāo)簽。作為傳感器技術(shù)的一種，將無線射頻技術(shù)與嵌入式相結(jié)合，在智能識(shí)別、物流管理等方面有著較大的應(yīng)用前景。

嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。將計(jì)算機(jī)技術(shù)、先進(jìn)傳感技術(shù)、智能制造等技術(shù)相結(jié)合。嵌入式技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，小到藍(lán)牙耳機(jī)，大到航空航天系統(tǒng)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)及國防事業(yè)發(fā)展。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境監(jiān)測、智能汽車、消防安全、智能家具、水質(zhì)監(jiān)測、情報(bào)搜集、農(nóng)業(yè)灌溉等各個(gè)領(lǐng)域有著較為廣泛的用途。物聯(lián)網(wǎng)將最新互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入至各類行業(yè)中。在鐵路、橋梁等物體中加入先進(jìn)的傳感技術(shù)，能夠?qū)φ麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)中的人員、器件、基本設(shè)施之間進(jìn)行智能控制管理。

2 物聯(lián)網(wǎng)垃圾回收站技術(shù)及設(shè)計(jì)

2.1 物聯(lián)網(wǎng)垃圾回收站技術(shù)方案

目前，對(duì)垃圾回收站環(huán)境監(jiān)測的方案中絕大多數(shù)是有線式連接檢測，通過現(xiàn)場監(jiān)控方式，在各個(gè)需要檢測的方位放置傳感器，對(duì)采集的信號(hào)單線傳至核心采集站，經(jīng)核心采集站處理后傳給上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。但是這類方案中，所需的傳感器較大部分是在監(jiān)控現(xiàn)場，將其布置在需要監(jiān)控的部位，布線復(fù)雜，維護(hù)費(fèi)用昂貴。

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入至系統(tǒng)中，替換原有的有線技術(shù)，能夠達(dá)到傳感器與數(shù)據(jù)采集之間的通訊目的，既能實(shí)現(xiàn)在有毒有害的惡劣環(huán)境下實(shí)時(shí)監(jiān)控，還可以消除無法布線的監(jiān)控問題，也可解決有線傳輸中存在的一些諸如布線難、故障排查不足等情況。突出現(xiàn)有系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可移動(dòng)、便于維護(hù)等優(yōu)勢，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的監(jiān)測能力和自動(dòng)化水平。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)垃圾回收站系統(tǒng)設(shè)計(jì)

垃圾回收站環(huán)境檢測系統(tǒng)由監(jiān)控平臺(tái)和由物聯(lián)網(wǎng)組建的無線傳感網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。其中無線傳感網(wǎng)絡(luò)由無線終端節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)組成，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)Fig.1 General structure of system

通過無線終端節(jié)點(diǎn)采集垃圾回收站中溫濕度、硫化氫、甲醛、氨氣及二氧化硫氣體濃度，將采集的數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，并最終將數(shù)據(jù)傳遞至監(jiān)控平臺(tái)。如果檢測數(shù)據(jù)超過所設(shè)定的危險(xiǎn)上限將會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并且經(jīng)過系統(tǒng)GPS定位模塊實(shí)現(xiàn)定位，將定位指令、坐標(biāo)等信息通過協(xié)調(diào)器傳輸。GSM通信模塊主要實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的短信發(fā)送，實(shí)時(shí)為環(huán)境監(jiān)護(hù)人員提供準(zhǔn)確信息，及時(shí)處理，減少甚至避免有害氣體帶來的危害。監(jiān)控平臺(tái)具有數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警與運(yùn)行狀態(tài)顯示等功能，為環(huán)境監(jiān)護(hù)人員提供訪問界面，提示急需處理的垃圾，并且具有數(shù)據(jù)保存和查詢等功能。

3 系統(tǒng)主要功能實(shí)現(xiàn)

3.1 溫濕度模塊

溫濕度模塊主要用于監(jiān)控垃圾回收站的溫度和濕度，不僅能夠防止高溫及火災(zāi)現(xiàn)象發(fā)生，還能夠避免因溫度升高而導(dǎo)致的垃圾揮發(fā)速度加快有毒有害氣體對(duì)環(huán)境及人體的危害。硬件選用DHT11溫濕度傳感器來實(shí)現(xiàn)檢測，其穩(wěn)定性高，能夠長期使用，符合系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 氣體檢測模塊

硫化氫、氨氣、甲醛等有毒有害氣體主要來源于垃圾回收站生活及工業(yè)垃圾的揮發(fā)。隨著濃度的增加，其對(duì)環(huán)境及人體會(huì)產(chǎn)生危害，故氣體檢測尤為重要?？蛇x用測量范圍廣、精度高、靈敏度高、壽命長的傳感器。

3.3 GPS模塊

GPS 模塊主要用于城鄉(xiāng)中各個(gè)垃圾回收站的定位，由此可知定位坐標(biāo)、相應(yīng)的時(shí)間。將相關(guān)定位數(shù)據(jù)上傳至上端服務(wù)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)管和服務(wù)。若出現(xiàn)危險(xiǎn)或報(bào)警，將會(huì)通過協(xié)調(diào)器與監(jiān)控平臺(tái)相互通信，提醒監(jiān)控人員及時(shí)對(duì)情況進(jìn)行處理，采取必要措施，減少不必要的危害。

3.4 GSM模塊

GSM通信模塊由射頻芯片、功率放大器等組成?？梢詫?duì)GSM射頻信號(hào)處理，包含基于GSM移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送SMS信息、通話等強(qiáng)大功能，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控人員以短信及通話的方式實(shí)時(shí)掌握垃圾回收站采集的信息。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

在垃圾回收站中融入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不僅減少了線束，增大傳輸距離，而且能夠減少成本，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)有害氣體檢測。擁有的GPS定位、GSM通信功能可以信息互聯(lián)，進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)檢測的實(shí)時(shí)性，為環(huán)境和人類健康多了一道安全保障。信息的不斷交互，可以減少有毒有害氣體的危害，提高生活環(huán)境質(zhì)量和人體健康指數(shù)。

4.2 展望

系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)一步改善了垃圾回收站環(huán)境檢測，具有設(shè)計(jì)簡單、高可靠性、穩(wěn)定性等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)還可以進(jìn)一步擴(kuò)展用于甲烷、甲硫醇、甲胺、甲基硫等可燃有毒氣體的采集，具有一定的運(yùn)用價(jià)值。預(yù)計(jì)不久的將來，該技術(shù)將在垃圾回收上得到普及應(yīng)用。