智能垃圾分類系統(tǒng)的軟硬件發(fā)展現(xiàn)狀

史笑晴 苗子怡 宇雅赫 董幸異 劉育嘉

（河北科技師范學(xué)院工商管理學(xué)院，河北 秦皇島 066004）

一、緒論

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增加，全球每年產(chǎn)生的垃圾在不斷上升。為了應(yīng)對日益嚴(yán)重的垃圾問題，人們通過改進(jìn)垃圾桶的方式來促進(jìn)垃圾的回收利用。從普通垃圾桶到腳踏式垃圾桶，再到分類垃圾桶，甚至垃圾桶變得更為智能。隨著智能垃圾桶的出現(xiàn)，相關(guān)的分類系統(tǒng)也逐漸興起。本文旨在對智能垃圾分類系統(tǒng)進(jìn)行充分的介紹、回顧和展望。

智能垃圾分類系統(tǒng)是由硬件和軟件共同實(shí)現(xiàn)的，即垃圾桶本身和垃圾分類技術(shù)的使用兩方面。本文的主要工作如下。1.介紹智能垃圾桶的硬件和國內(nèi)垃圾分類現(xiàn)狀。2.通過對智能垃圾桶軟件的描述，介紹垃圾桶目前應(yīng)用的技術(shù)。3.研究智能垃圾桶軟硬件之間通信技術(shù)，初步了解目前智能垃圾桶的實(shí)現(xiàn)原理，為之后的探究提供一定的方向和指導(dǎo)意義。

二、國內(nèi)智能垃圾系統(tǒng)軟硬件總體發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，我國對垃圾的處理仍以填埋為主[1]，國內(nèi)分類垃圾桶的功能尚未達(dá)到智能識別、語音提示和太陽能充電等需求?，F(xiàn)階段分類后的垃圾不能做到干濕分離，居民垃圾分類意識薄弱，使得垃圾分類投放準(zhǔn)確率不高。當(dāng)前也有部分智能化的垃圾桶，但形式單一主要以紅外線感應(yīng)開蓋為主，不能主動識別垃圾，且成本高昂[2]，覆蓋范圍以家居為主。當(dāng)前國內(nèi)需提高居民垃圾分類意識與探索具有普適性的智能垃圾分類系統(tǒng)。

三、智能垃圾系統(tǒng)的硬件現(xiàn)狀

（一）硬件設(shè)備

硬件的介紹，主要是圍繞垃圾桶來介紹。目前，智能垃圾桶多數(shù)以筒狀或是長方體的形狀出現(xiàn)，智能垃圾桶以不銹鋼材料和塑料為主要外觀。其內(nèi)部則是空心狀態(tài)，用來存放垃圾。生活中常見的智能垃圾桶主要適用于家庭和公共場合，例如小區(qū)、街道等地方。

（二）國內(nèi)智能垃圾桶品牌

1.拓牛(TOWNEN)。拓牛智能科技成立于2014年，第一代產(chǎn)品于2018年全新上線[3]。牛智能垃圾桶是中國的本土品牌，有T1、T1X、T1s、T3（適合浴室）、TAir 等系列。拓牛智能垃圾桶從外觀來看是以筒狀為主，白色為主，拓牛智能垃圾桶的顯著的賣點(diǎn)即一鍵打包，自動換袋，并且采用無斷點(diǎn)設(shè)計(jì)，熱塑封技術(shù)，采用一鍵打包技術(shù)，根據(jù)垃圾的高度延伸垃圾袋的高度，隨著拓牛智能垃圾桶系列的升級使得打包垃圾時(shí)的分貝逐漸變小。懸浮蓋式設(shè)計(jì)有利于垃圾異味慢慢透發(fā)而出，避免開蓋時(shí)瞬間而出的異味。拓牛垃圾桶適用場合是家庭為主，體型小巧玲瓏，其中T3 采用防水設(shè)計(jì)可以放在浴室中，方便快捷。

2.歐本(OUBEN)。臺州市歐本電子有限公司成立于2010年，其旗下主營產(chǎn)品以智能家電和智能垃圾桶為主[4]，是我國的本土品牌，歐本智能垃圾桶的類型以感應(yīng)式垃圾桶為主，采用紅外傳感器技術(shù)，即使是在不觸碰桶身的前提下也可快速開啟。其主要制成材料是用廢棄牛奶盒包裝制作而成的復(fù)合板加工形成的，用廢棄牛奶盒包裝制成的產(chǎn)品其優(yōu)點(diǎn)是廢物再利用[5]，減少環(huán)境污染。

3.宜可(EKO)。中國本土品牌，創(chuàng)立于1977年，之后不斷向智能化方向發(fā)展。EKO旗下智能垃圾桶以感應(yīng)式和腳踏式垃圾桶為主[6]，宜可系列的垃圾桶以圓筒行和長方體形狀為主，分類垃圾桶系列還是進(jìn)行人工分類垃圾，桶內(nèi)干濕分明，三桶合為一桶，此系列的垃圾桶以踩踏式為主要方式，也有針對廚房設(shè)計(jì)的懸掛式垃圾桶，方便無異味。

4.粵能?；浤苤悄芾笆俏覈谋就疗放?，其生產(chǎn)是來自于粵能環(huán)?？萍加邢薰?，粵能科技環(huán)保有限公司創(chuàng)立于2017年，是一家以智能型產(chǎn)品為主的公司，而智能垃圾桶就是其中之一的產(chǎn)品，粵能智能垃圾桶的滿桶停運(yùn)功能是其重要特點(diǎn)?；浤苤悄芾霸谑彝馐褂玫妮^多，例如社區(qū)中，所以其體積較大、垃圾分類也清晰明了，居民可以用所投放的垃圾攢存積分換取獎(jiǎng)品[7]，方便且高效。

四、智能垃圾系統(tǒng)的軟件現(xiàn)狀

（一）軟件技術(shù)

通過分析國內(nèi)智能垃圾桶軟件部分，可以發(fā)現(xiàn)引入了自動打包、自動上袋和紅外線線感應(yīng)開蓋等技術(shù)，但是對分類系統(tǒng)的開發(fā)程度不高，不能真正做到垃圾桶自動分類。1.自動打包。自動打包程序觸發(fā)后，發(fā)熱芯加熱，當(dāng)垃圾袋遇到高溫后會自動收縮，出現(xiàn)融化現(xiàn)象，發(fā)熱芯冷卻后垃圾袋封口處凝固，使得垃圾袋自動打包[8]。2.自動上袋。打包完成的垃圾拿走后，自動上袋程序被觸發(fā)，封裝在垃圾袋盒中的無斷點(diǎn)垃圾袋鋪滿垃圾桶內(nèi)壁，實(shí)現(xiàn)自動上袋。這兩項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用在國內(nèi)垃圾桶品牌——拓牛。3.紅外線感應(yīng)開蓋。紅外線感應(yīng)開蓋，通過利用人體發(fā)出的紅外線，當(dāng)人體進(jìn)入感應(yīng)范圍時(shí)紅外傳感系統(tǒng)檢測出紅外光譜[9]的變化，自動開啟垃圾桶蓋，3-5s 后自動關(guān)閉。紅外傳感開蓋技術(shù)應(yīng)用在歐本、EKO等國內(nèi)品牌上。4.智能紅光數(shù)顯。智能紅光數(shù)顯系統(tǒng)[10]，能夠清晰顯示垃圾桶蓋關(guān)閉的倒計(jì)時(shí)，5s 后垃圾桶蓋關(guān)閉。此技術(shù)在國內(nèi)垃圾桶上有所體現(xiàn)。5.滿桶停運(yùn)檢測。當(dāng)垃圾桶內(nèi)垃圾堆積到一定高度或者一定重量時(shí)[11]，滿桶停運(yùn)檢測程序會禁止垃圾箱開蓋，來提示投放者垃圾箱已滿，自動發(fā)送清運(yùn)信息給云平臺，云平臺接收電信號，安排清潔人員進(jìn)行清理。這種技術(shù)在國內(nèi)粵能垃圾桶品牌上應(yīng)用。

（二）軟件技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)

1.優(yōu)點(diǎn)。(1)使用方便快捷。使用過程中，只需人將垃圾投放到垃圾桶中，智能垃圾桶的感應(yīng)系統(tǒng)會直接將垃圾桶的蓋子打開，采用自動打包技術(shù)[12]將已滿的垃圾袋打包，將自動上袋技術(shù)放出干凈的垃圾袋，方便快捷。(2)干凈衛(wèi)生。智能垃圾桶在使用過程中，人和物不需要二次接觸垃圾，改善了傳統(tǒng)垃圾桶存在衛(wèi)生感染的隱患，能夠有效預(yù)防疾病通過垃圾傳染給人類和垃圾桶內(nèi)擴(kuò)散。(3)節(jié)省人力物力。智能垃圾桶中，滿桶停運(yùn)功能的使用能夠有效防止垃圾溢出造成的環(huán)境污染，也無須清潔人員反復(fù)查看垃圾桶情況，節(jié)省了人力與物力資源。

2.缺點(diǎn)。(1)自動打包程序觸發(fā)是由人為控制的，不能確保垃圾桶內(nèi)垃圾裝滿，可能造成垃圾袋浪費(fèi)的情況，在一定程度上，出現(xiàn)浪費(fèi)資源的情況。(2)自動上袋程序是利用吸氣原理實(shí)現(xiàn)的，如果垃圾桶體內(nèi)氣密性不夠，可能會導(dǎo)致吸力不足，垃圾袋不能順利鋪展。(3)紅外線感應(yīng)程序可以檢測人或動物發(fā)射的紅外線而進(jìn)行開蓋操作，所以不能排除人體意外遮擋或者動物的干擾，可能造成程序的誤操作。(4)大部分智能垃圾桶還沒能做到干濕分離[13]的功能，使得垃圾的回收利用率變得低。

五、軟硬件通信技術(shù)

智能垃圾分類系統(tǒng)的軟件和硬件的協(xié)調(diào)工作，離不開軟硬件間的通信，下面對軟硬件間的通信技術(shù)進(jìn)行概述。1.自動打包軟硬件通信。用戶按壓HOME 鍵，自動打包程序被觸發(fā)，隨后發(fā)熱芯開始加熱，橫向與豎向桿開始移動，將垃圾袋集束到一點(diǎn)，發(fā)熱芯將集束的垃圾袋熔斷，實(shí)現(xiàn)打包、封口的操作。垃圾袋打包完成后，橫向桿和豎向桿復(fù)位，垃圾桶蓋打開。2.自動上袋。封裝好的垃圾被取出后，垃圾桶底部后側(cè)的電動充氣泵開始工作，它將垃圾桶內(nèi)部空氣向外吸，來減小垃圾桶內(nèi)部的氣壓，垃圾袋受氣壓的作用向下鋪展，直到10s 后，垃圾袋鋪滿垃圾桶內(nèi)壁，氣泵關(guān)閉。3.紅外線感應(yīng)開蓋。當(dāng)用戶靠近垃圾桶紅外傳感器時(shí)，紅外傳感器接收信號，控制電板做出開蓋操作。開蓋模式有兩種，按壓左鍵會開啟長時(shí)間開蓋模式，再次按壓左鍵會切換到紅外線感應(yīng)開蓋模式。4.智能紅光數(shù)顯。該部分運(yùn)用紅光數(shù)字顯示屏顯示垃圾桶蓋開蓋時(shí)間，當(dāng)時(shí)間為0 時(shí)，控制電板接收信號，控制垃圾桶蓋關(guān)閉。5.滿桶監(jiān)測軟硬件通信。該模塊運(yùn)用了壓力傳感器等硬件，當(dāng)垃圾桶的垃圾裝滿后，此時(shí)可認(rèn)為垃圾桶已經(jīng)溢滿。壓力傳感器用以實(shí)時(shí)監(jiān)測垃圾箱內(nèi)的垃圾量，當(dāng)垃圾量達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)[14]，系統(tǒng)即實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)效果，禁止垃圾箱開蓋。

結(jié)語：本文從智能垃圾分類系統(tǒng)的硬件、軟件和軟硬件通信三個(gè)方面，對智能垃圾分類系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。隨著卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及傳感器新技術(shù)的應(yīng)用，智能垃圾分類系統(tǒng)必然會迎來廣闊的發(fā)展前景，相信未來的智能垃圾分類系統(tǒng)可以讓垃圾分類便捷化，使垃圾分類成為新習(xí)慣、新風(fēng)尚、新規(guī)矩。