论文部分内容阅读
摘要：垃圾是人类生产和生活活动的伴生物，是永不枯竭的“城市矿藏”，是放错地方的资源。随着经济的发展和人民生活水平的提高，垃圾问题日益突出。依靠传统的方式难以解决日益严峻的问题。因此，本文利用多传感器融合图像识别技术所改进出来的分类垃圾桶解决了传统垃圾桶功能单一、无法自动分类并精准回收的问题。
关键词：分类垃圾桶;多传感器;图像识别;自动分类
中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：（2020）-49-424
引言
随着文明国家和文明城市的建设与发展，城市的环境卫生状况深受国家和人民的重视，随手乱扔垃圾的不良风气渐渐消失，人们将垃圾转投到垃圾桶。为了削弱人员妥善处理垃圾的负担、提升垃圾的二次废弃利用效率，该文提供了一种分类垃圾桶的改良办法。
1 垃圾分类发展现状
1.1国外垃圾分类现状
现阶段，从发达国家的垃圾分类情况来说，已经达到很高的总体水平且有广泛的普及度，除此之外尚有专门的政府及一些专门的公司执行垃圾分类。对于外国的市民来说，垃圾分类投放在他们日常生活中很普遍，分类的思想观念现已十分深入。以下应是一些事例：
1、欧盟：随意乱倒垃圾是犯罪
在欧盟的一些村庄里面，张贴着“随便乱倒垃圾是犯罪，该类行为将记录在案”的告示。而是同样，假如地方政府不能为社区居民提供废物搜集的服务，将遭到社区居民的起诉。收取垃圾时，管理人员如看到不能依照规则对垃圾展开分类管理，或是把不适当的东西置于垃圾里面，将会拒绝搜集这些垃圾桶甚至罚款。
2、日本：各种垃圾分类回收
在日本，垃圾分类管理极为清楚，能废弃的垃圾与生活垃圾均分开投放，各烧其箱。在有些地方每月废弃各异的垃圾，包含玻璃制品、不燃物质、玻璃、家电等等。其好处是垃圾车装运同一种垃圾，能直接送回处理厂去处理。日本转运垃圾的垃圾车还非常考究，全部是自动封闭式、自动加压式的，装车的垃圾可以自动碾压，易拉罐之类的废物可以压扁成片。
1.2国内垃圾分类现状
现阶段，与国外相比而言，国内的情况令人担忧。主要有以下几点：
1、居民对于垃圾分类意识淡薄
2013年我国强制居民自行投放垃圾并进行分类，促进我国环境文明建设。但在实验中却只有少部分城市做到，一方面是政府对这一工作的宣传力度不够，很多二、三线城市及农村都不知情，只是应付化走形式，不清楚具体如何分类，没有系统的分类标准，不能确保人人做到。另一方面是居民的垃圾分类回收意识淡薄，抵抗政府的做法，只是单从个人角度觉得扔个垃圾还那么麻烦，吃力不讨好，所以，这是居民普遍综合素质低下的表现，对垃圾分类回收意识淡薄，不重视其给生活及环境带来的危害。
2、缺乏一个完善有效地分类回收系统
针对垃圾分类回收，国家在2017年3月颁布了《生活垃圾分类制度实施方案》，先行在部分地区强制实施垃圾分类，到2020年，使得垃圾在可复制、可推广的模式下回收利用率达到35%以上。但目前仍无法得到普遍实施。
因此提供一种传统分类垃圾桶的改进方法，进而提高它的分类效率便显得尤为重要。
2 分类垃圾桶的基本工作原理
2.1 设计模型简图
2.2 功能模块介绍
该分类垃圾桶主要可以分为两大功能，一是可以实现自动分类的核心功能，二是使垃圾桶多功能化的其他辅助功能。
（1）核心功能：
① 自动分类
其主要基于物联网大数据时代下的图像识别技术、垃圾分选技术和感应识别技术，通过 Java 编程调用 Open CV视觉库将图像从BGR 转化为 HSV 颜色空间图像，采取Open CV遗传算法、结合鉴于灰度差值的破碎裁剪技术手段对于图像展开分割、别离处理后，并与后台知识库图像原始数据展开匹配，从而达到实现垃圾图像的颜色、纹理、大小辨识。
相关识别算法：Open CV 视觉识别算法、基于Canny的边缘检测算法、卷积神经网络算法。
（2）辅助功能：
① 识别检测
垃圾检测装置采用HC-SR501人体感应模块，并将之接入直流电源（4.5V-20V）并通电。当人进入此模块的感应范围时输出高电平，此时分析垃圾信息，将检测到的数据传送至单片机，后根据上述核心功能所述进行处理。
② 满溢检测
应用HC-SR04红外线功能模块，此传感可提供2-400cm非接触式隔阂测基本功能，测距精确度高达3mm。适用于此设计的桶内测距，可精确测量桶内垃圾高度，当垃圾高度与桶盖距离不足10cm时，桶盖将不再打开，并将信息上传至服务器，通过服务器在APP呈现结果以告知工作人员及时清理垃圾桶。
③ 自动开启
使用SG90舵机，垃圾桶盖的开合需要 STM32F407通过PWM信号进行舵机控制。此过程中，PWM输出PC6，以实现在信息比对成功后，相应垃圾桶可以实现自动开合。
2.3 工作机理
① 在每个垃圾桶外侧凹槽处安装垃圾检测装置（摄像头和人体红外感应模块）。当检测到人进入感应范围时，将此数据传输至STM32F407，此时 STM32F407会向摄像头传送信号，使摄像头快速抓拍用户所携带的垃圾，再将数据信息传至 STM32F407。
② 当接收到信息后，STM32F407会通过 ALK8266WIFI模块再一次将图像数据上传至服务器，服务器将通过基于java的Open CV进行图像处理，精准的识别用户所携带的垃圾。
③ 服务器将处理后的结果传回到相应垃圾桶的STM32F407，STM32F407会将信号传送至舵机，从而打开垃圾桶盖。
3 总结
垃圾是放错地方的教育资源，对于教育资源再利用的摸索是我们终究的目标。本建设项目即是改良了现存的分类垃圾箱，进而使大家养成垃圾分类难的行为习惯; 其次，通过计算机技术对垃圾展开分类，可以大大节约人力，提升垃圾分类工作效率;最后利用物联网技术手段，将智能管理和分类垃圾桶相结合，实现一种即时的监控，远程的服务器可以高效快速地将垃圾箱状态数据传输到终端。
参考文献
[1]杨思阳，黄军，吴春秋. 基于Java+Open CV技术对几何图像颜色与形状识别[A].黔东南民族职业技术学院，2019.
[2]童小明.一种简单的图像识别技术[J].软件，2019.40（12）：218？221+225.
[3]尚媛媛，胡萍，李哲，李跃然.垃圾桶自动分类技术专利分析[A].国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，2019，16（10）：69-71.
[4]黄伟基，黄挺彬，黄政文.一种自动分类识别垃圾桶，[12].实用新型专，2013.
[5]尤肖肖，孔春香.智能垃圾桶的创新设计，[A]，延安大学数学与計算机学院，2019.
作者简介：路晨、1999年2月27日男、陕西咸阳人、本科
关键词：分类垃圾桶;多传感器;图像识别;自动分类
中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：（2020）-49-424
引言
随着文明国家和文明城市的建设与发展，城市的环境卫生状况深受国家和人民的重视，随手乱扔垃圾的不良风气渐渐消失，人们将垃圾转投到垃圾桶。为了削弱人员妥善处理垃圾的负担、提升垃圾的二次废弃利用效率，该文提供了一种分类垃圾桶的改良办法。
1 垃圾分类发展现状
1.1国外垃圾分类现状
现阶段，从发达国家的垃圾分类情况来说，已经达到很高的总体水平且有广泛的普及度，除此之外尚有专门的政府及一些专门的公司执行垃圾分类。对于外国的市民来说，垃圾分类投放在他们日常生活中很普遍，分类的思想观念现已十分深入。以下应是一些事例：
1、欧盟：随意乱倒垃圾是犯罪
在欧盟的一些村庄里面，张贴着“随便乱倒垃圾是犯罪，该类行为将记录在案”的告示。而是同样，假如地方政府不能为社区居民提供废物搜集的服务，将遭到社区居民的起诉。收取垃圾时，管理人员如看到不能依照规则对垃圾展开分类管理，或是把不适当的东西置于垃圾里面，将会拒绝搜集这些垃圾桶甚至罚款。
2、日本：各种垃圾分类回收
在日本，垃圾分类管理极为清楚，能废弃的垃圾与生活垃圾均分开投放，各烧其箱。在有些地方每月废弃各异的垃圾，包含玻璃制品、不燃物质、玻璃、家电等等。其好处是垃圾车装运同一种垃圾，能直接送回处理厂去处理。日本转运垃圾的垃圾车还非常考究，全部是自动封闭式、自动加压式的，装车的垃圾可以自动碾压，易拉罐之类的废物可以压扁成片。
1.2国内垃圾分类现状
现阶段，与国外相比而言，国内的情况令人担忧。主要有以下几点：
1、居民对于垃圾分类意识淡薄
2013年我国强制居民自行投放垃圾并进行分类，促进我国环境文明建设。但在实验中却只有少部分城市做到，一方面是政府对这一工作的宣传力度不够，很多二、三线城市及农村都不知情，只是应付化走形式，不清楚具体如何分类，没有系统的分类标准，不能确保人人做到。另一方面是居民的垃圾分类回收意识淡薄，抵抗政府的做法，只是单从个人角度觉得扔个垃圾还那么麻烦，吃力不讨好，所以，这是居民普遍综合素质低下的表现，对垃圾分类回收意识淡薄，不重视其给生活及环境带来的危害。
2、缺乏一个完善有效地分类回收系统
针对垃圾分类回收，国家在2017年3月颁布了《生活垃圾分类制度实施方案》，先行在部分地区强制实施垃圾分类，到2020年，使得垃圾在可复制、可推广的模式下回收利用率达到35%以上。但目前仍无法得到普遍实施。
因此提供一种传统分类垃圾桶的改进方法，进而提高它的分类效率便显得尤为重要。
2 分类垃圾桶的基本工作原理
2.1 设计模型简图
2.2 功能模块介绍
该分类垃圾桶主要可以分为两大功能，一是可以实现自动分类的核心功能，二是使垃圾桶多功能化的其他辅助功能。
（1）核心功能：
① 自动分类
其主要基于物联网大数据时代下的图像识别技术、垃圾分选技术和感应识别技术，通过 Java 编程调用 Open CV视觉库将图像从BGR 转化为 HSV 颜色空间图像，采取Open CV遗传算法、结合鉴于灰度差值的破碎裁剪技术手段对于图像展开分割、别离处理后，并与后台知识库图像原始数据展开匹配，从而达到实现垃圾图像的颜色、纹理、大小辨识。
相关识别算法：Open CV 视觉识别算法、基于Canny的边缘检测算法、卷积神经网络算法。
（2）辅助功能：
① 识别检测
垃圾检测装置采用HC-SR501人体感应模块，并将之接入直流电源（4.5V-20V）并通电。当人进入此模块的感应范围时输出高电平，此时分析垃圾信息，将检测到的数据传送至单片机，后根据上述核心功能所述进行处理。
② 满溢检测
应用HC-SR04红外线功能模块，此传感可提供2-400cm非接触式隔阂测基本功能，测距精确度高达3mm。适用于此设计的桶内测距，可精确测量桶内垃圾高度，当垃圾高度与桶盖距离不足10cm时，桶盖将不再打开，并将信息上传至服务器，通过服务器在APP呈现结果以告知工作人员及时清理垃圾桶。
③ 自动开启
使用SG90舵机，垃圾桶盖的开合需要 STM32F407通过PWM信号进行舵机控制。此过程中，PWM输出PC6，以实现在信息比对成功后，相应垃圾桶可以实现自动开合。
2.3 工作机理
① 在每个垃圾桶外侧凹槽处安装垃圾检测装置（摄像头和人体红外感应模块）。当检测到人进入感应范围时，将此数据传输至STM32F407，此时 STM32F407会向摄像头传送信号，使摄像头快速抓拍用户所携带的垃圾，再将数据信息传至 STM32F407。
② 当接收到信息后，STM32F407会通过 ALK8266WIFI模块再一次将图像数据上传至服务器，服务器将通过基于java的Open CV进行图像处理，精准的识别用户所携带的垃圾。
③ 服务器将处理后的结果传回到相应垃圾桶的STM32F407，STM32F407会将信号传送至舵机，从而打开垃圾桶盖。
3 总结
垃圾是放错地方的教育资源，对于教育资源再利用的摸索是我们终究的目标。本建设项目即是改良了现存的分类垃圾箱，进而使大家养成垃圾分类难的行为习惯; 其次，通过计算机技术对垃圾展开分类，可以大大节约人力，提升垃圾分类工作效率;最后利用物联网技术手段，将智能管理和分类垃圾桶相结合，实现一种即时的监控，远程的服务器可以高效快速地将垃圾箱状态数据传输到终端。
参考文献
[1]杨思阳，黄军，吴春秋. 基于Java+Open CV技术对几何图像颜色与形状识别[A].黔东南民族职业技术学院，2019.
[2]童小明.一种简单的图像识别技术[J].软件，2019.40（12）：218？221+225.
[3]尚媛媛，胡萍，李哲，李跃然.垃圾桶自动分类技术专利分析[A].国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，2019，16（10）：69-71.
[4]黄伟基，黄挺彬，黄政文.一种自动分类识别垃圾桶，[12].实用新型专，2013.
[5]尤肖肖，孔春香.智能垃圾桶的创新设计，[A]，延安大学数学与計算机学院，2019.
作者简介：路晨、1999年2月27日男、陕西咸阳人、本科