基于樹莓派理念下的室內智能分類垃圾桶設計研究

摘 要：隨著中國綜合國力越來越強，國家人口越來越多，人們生活水平越來越高，每日垃圾生產量也日益增加，而家庭作為生活垃圾產生的源頭，如何快速有效的完成垃圾分類，成為急需解決的重要問題。本課題提出核心為樹莓派的一個室內家庭智能分類垃圾桶，其功耗低、成本低、高效率以及官方優(yōu)化的linux操作系統(tǒng)能很好的和室內智能分類垃圾桶結合起來，在未來有發(fā)展前景中，為人們的生活帶來巨大的便利并且在一定程度上能夠推動生態(tài)文明建設和發(fā)展。

關鍵詞：室內；智能分類垃圾桶；垃圾分類；分類垃圾桶研究；環(huán)保分類" 一、研究背景

（一）室內智能分類垃圾桶的研究現(xiàn)狀

隨著中國近幾年有關垃圾分類政策的發(fā)布，干垃圾、濕垃圾、有害垃圾等一系列垃圾分類知識產生。為適應不斷豐富發(fā)展的垃圾分類知識，居民們必須購買多個垃圾桶進行分類，從而帶來室內空間利用率降低、垃圾分類成本增加等問題。目前，關于室內智能分類垃圾桶的研究基本上都是在垃圾分類的背景下進行探討的，如美國Intuitive AI公司設計了以人機交互、提醒居民分類錯誤為特色的Oscar智能垃圾分類系統(tǒng)；國內Vivo的AI助手Jovi增設了語音交互垃圾分類的功能。[1]

（二）樹莓派應用于智能產品的發(fā)展現(xiàn)狀

樹莓派是為學習計算機編程教育而設計，只有信用卡大小的微型電腦，其系統(tǒng)基于Linux，在早期樹莓派可以替代日常桌面計算機的文字處理、電子表格、多媒體中心甚至游戲等用途。[2]隨著信息技術的發(fā)展，人們對于高效便捷的智能產品需求日益增加，樹莓派也被運用于更多的領域，如遠程火災報警裝置設計、智能自動駕駛系統(tǒng)設計、紅外線攝像頭系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。隨著信息技術的發(fā)展，人們對于高效便捷的智能產品需求日益增加，樹莓派也被運用于更多的領域，如遠程火災報警裝置設計、智能自動駕駛系統(tǒng)設計、紅外線攝像頭系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。由此可看出，樹莓派在智能領域有非常良好的發(fā)展和資源。

二、智能分類垃圾桶總體方案研究

（一）工作原理

基于樹莓派理念下的智能分類垃圾桶的工作原理石以樹莓派開發(fā)板為控制中心，通過攝像頭采集丟入的垃圾圖片并對其進行識別、判斷，從而產生對應的信號，進而由驅動舵機對信號進行處理。[3]

（二）室內垃圾桶設計原則

1.人性化。智能垃圾桶在垃圾投入、分類、收集到打包清理這一整個過程中都要考慮使用者的感受，優(yōu)化使用體驗，令使用者能夠輕松上手并掌握基本的使用方法。應將垃圾投放口的位置設定在合適的高度，使用者投放垃圾時能夠快速找到投放口，不需要彎腰或抬舉胳膊就能將垃圾投入。[4]也可通過顯示屏調節(jié)字符顏色，讓使用者能夠在不同的環(huán)境下清楚的看到顯示屏的內容。

2.創(chuàng)新性。在人們投入垃圾時，智能垃圾桶可通過辨識垃圾的種類進行智能分類，同時通過語音播報系統(tǒng)清晰的表達垃圾分類的結果，再自動化將垃圾分類到對應的收納箱。同時垃圾桶還搭配了LCD顯示屏，可隨時表現(xiàn)出垃圾桶當前的電量狀態(tài)，也可通過顯示屏了解用戶使用垃圾桶時的垃圾分類情況。

3.個性化。從使用者的角度出發(fā)，不同的家庭可以選擇喜歡的外觀設計和風格。智能垃圾桶的色彩采用高飽和度、低飽和度兩種色彩類型，從而實現(xiàn)智能垃圾桶的個性化、多樣化。

4.實用性。整個垃圾桶筒壁采用了活性的碳纖維，利用碳纖維本質上的吸附性凈化垃圾桶內的異味，避免滋生細菌，并且利用碳纖維的延展性貼合智能垃圾桶內壁，體現(xiàn)垃圾桶內部的構造簡潔，具有大量的空間。垃圾桶的材質采用新型的復合材料，具有耐高溫、耐濕熱等優(yōu)點。有足夠的韌性，易清潔。

（三）樹莓派在分類垃圾桶上的應用

1.云端同步系統(tǒng)。樹莓派通過攝像頭傳入的視頻流獲取單幀圖像并將其保存到本地文件中，實時更新圖像，通過通訊系統(tǒng)傳輸?shù)椒斩?，服務端識別并將信號返回給樹莓派。當智能垃圾桶對垃圾物經行識別和分類時，服務端將大量的數(shù)據信號傳給樹莓派，從而完成決策工作。[5]

2.紅外線感應系統(tǒng)。紅外線感應系統(tǒng)中紅外線傳感器是感應垃圾類別的主要部件，按照智能感應化而轉變的數(shù)據對進入檢測范圍的人進行檢測的信號驅動。通過感應的信號實現(xiàn)智能垃圾桶在使用過程中提前感知使用者的位置動向，從而智能化的開合垃圾桶蓋，更加方便智能垃圾桶的使用。

3.圖像識別系統(tǒng)。圖像識別系統(tǒng)是智能垃圾桶分類垃圾的核心裝置。使用者在投入垃圾的同時觸發(fā)圖像識別系統(tǒng)，將圖像信息傳輸?shù)街醒胂到y(tǒng)中，中央系統(tǒng)又將圖片信息傳輸?shù)綐漭芍?，樹莓派將信息傳輸?shù)皆贫送较到y(tǒng)中，最終樹莓派將圖片的相關信息轉化為具體的數(shù)據后反饋到中央系統(tǒng)中，中央系統(tǒng)驅動智能垃圾桶進行分類。

三、室內分類垃圾桶的發(fā)展前景

（一）市場分析

1.市場需求分析。中國人口世界排名第一，垃圾生產量也排名世界前幾位，根據網上資料表明，中國每年的垃圾生產量平均都達到了4億噸，年均增長量約為8%，其中家庭生產的垃圾占比最高，人們也意識到了保護環(huán)境和垃圾分類處理的重要性，為了能夠推進垃圾分類處理、保障人民健康安全，就需要一個室內智能分類垃圾桶來快速有效地實現(xiàn)垃圾分類處理。

2.社會經濟效益。智能分類垃圾桶將在未來一段時間內能夠快速崛起，因為它可以和企業(yè)合作并增強受眾人群的粘性、帶動環(huán)保業(yè)發(fā)展、減輕垃圾站垃圾分類壓力。這對人們形成環(huán)境保護意識和自覺垃圾分類意識也能起到重要的作用。不僅如此，室內的智能分類垃圾桶還能夠促進和推動環(huán)保行業(yè)和城市的發(fā)展，帶來一系列財富。

（二）高效率

1.穩(wěn)定適用性、耗電低。該智能分類垃圾桶采用可重復充電的充電電池，電池一次充滿可用電長達2-3個月，采用獨特的充電電路設計，直流電機驅動，開關蓋順暢，平滑。為了用戶安心充電，放心使用。電池充電還具備電池過充、過放、過流等多重安全保護機制。其充電口選擇的是TYPE-C充電口充電更方便，適配家里的大多數(shù)充電頭。

2.系統(tǒng)板塊化。根據目前的研究表明，室內智能分類垃圾桶最核心的部分會由很多板塊組成，由樹莓派去控制最中心的模塊，然后由傳輸信號的板塊來檢測垃圾的種類;控制電路的板塊用來控制垃圾桶蓋的閉合。如果垃圾桶核心芯片在長時間無反應后，電源電路將進入休眠狀態(tài)，單片機進入休眠后完全做到了省電環(huán)保。[6]這樣的板塊化處理會提升整個產品使用期間的穩(wěn)定性，給人們良好的體驗感。

四、總結

根據垃圾分類的普及狀況和群眾接受的情況來看，對于不同的人群來說垃圾分類具有一定的困難?；跇漭衫砟钕碌氖覂戎悄芾翱梢杂行У慕鉀Q和緩解垃圾分類的困擾，在減輕垃圾場壓力的同時方便了人們的生活。室內智能垃圾桶作為有效的輔助工具，在未來的一段時間有良好的發(fā)展趨勢。

參考文獻：

[1]劉楊錦浩，朱緒東，楊帥等.家用智能分類垃圾桶的設計研究[J].科技資訊，2021，19（28）：1-3.DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2110-5042-3817.

[2]姚鵬閣，顏磊，楊陽等.樹莓派教育應用：兒童編程能力培養(yǎng)的新途徑[J].現(xiàn)代教育技術，2015，25（10）：113-118.

[3]段昆昕，江秋儀，陳鋒楠等.基于樹莓派下智能分類垃圾桶設計[J].中國新技術新產品，2022，No.455（01）：37-39.DOI：10.13612/j.cnki.cntp.2022.01.007.

[4]趙婉旭，孫悅美，史耀軍.智能分類垃圾桶設計[J].工業(yè)設計，2022，（07）：62-64.

[5]段昆昕，江秋儀，陳鋒楠，楊家來，付羿.基于樹莓派下智能分類垃圾桶設計[J].中國新技術新產品，2022（01）：37-39.DOI：10.13612/j.cnki.cntp.2022.01.007.

[6]蘇文華，王昕，桂笛，等.現(xiàn)代城市分類垃圾桶設計探討[J].工程建設與設計，2021（20）：80-82.