地下隐藏式智能垃圾分类收集系统设计与研究

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生活垃圾处理是当今社会共同关注且迫切需要处理的公共卫生问题。推行垃圾分类制度,加强分类设施建设,强化垃圾处理系统前端、中端、末端各环节有序衔接,对于最大化利用垃圾资源,减少垃圾处理数量,节省土地资源,改善生存环境状态具有重要意义。但目前主要的研究和投入多为末端分类回收方法的创新,处于前端的垃圾分类投放和收集环节大都依靠人工,导致资金压力大且效率低,有关前端垃圾分类收集阶段的任何改进都可节约可观的费用。因此,本文针对公园景区、高档社区和写字楼等公共场所垃圾收集与分类处理需求,开展地下隐藏式智能垃圾分类收集系统研究,为解决该场所垃圾分类配套设施不完善、土地资源有限、人为分类成本高、效率低、效果不佳等问题,提出了基于深度学习图像识别算法与嵌入式平台的智能垃圾分类收集方案,并设计必要的地下隐藏式执行机构,可以较低成本地实现该场所塑料瓶、易拉罐等高回收价值目标的有效识别与分类,为前端垃圾分类收集环节的自动化和智能化改进提供参考解决方案。主要内容如下:首先对系统的应用场景与功能需求进行分析,明确了地下隐藏式智能垃圾分类收集系统的总体设计方案,包括机械系统、嵌入式平台硬件系统及软件系统设计三部分,并分别对各部分内容展开详细的方案设计与功能分析,为后续设计工作提供指导。根据机械系统的设计要求、设计参数及功能需求完成了整机结构设计,包括分类运输装置、双层双列剪叉升降装置、安全防坠装置等主要机构的设计方案,完成了主要受力结构件强度的有限元仿真校核。基于CM4计算模块设计了地下隐藏式智能垃圾分类收集系统的控制器硬件,包括核心板、底板及扩展板三部分。首先完成了核心板芯片资源分析与引脚分配;其次完成了底板集成电源模块与接口模块电路设计,包括USB2.0、HDMI、CSI、DSI、SDcard及40Pin GPIO接口;然后设计了扩展板集成功能模块电路,包括I2C扩展I/O模块、串行总线扩展AD采样模块、全功能串口扩展GSM移动通讯模块以及SPI扩展无线收发模块和RF遥控器;最后完成了控制器各功能板PCB绘制。完成了系统控制器软件开发与功能测试,包括数据采集模块、GSM通讯模块以及无线收发模块的程序设计,以及垃圾图像识别模型的训练、测试、移植与评估。通过Py Qt5完成人机交互界面开发设计,并在控制器Linux环境下完成界面移植与测试。经测试,移植后的网络模型平均识别准确率达到90%,各模块串口通信、网络连接以及数据收发等功能均正常,人机界面具有良好的用户体验。共有图83幅,表5个,参考文献83篇。
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