创新思维报告(智能垃圾桶)(1)

综合型/设计型实验报告

课程名称：创新思维方法与训练

项目名称：智能垃圾分类垃圾桶

学生姓名：刘奇

班级：通信1702

学号：20170604****

任课老师：杨振南

报告日期：2019年7月5日

电子与信息工程学院

一、设计背景

2019年7月1日起，《上海市生活垃圾管理条例》正式实施。除了上海市，住建部也于近日公布了包括上海在内的全国46个重点城市推行垃圾分类，由此可见，垃圾分类已是大势所趋，学会准确进行垃圾分类很有必要。

对垃圾进行分类是保护环境、促进垃圾高效回收再利用、减少污染的良好生活习惯。垃圾分类看似简单，实际上，包括高校生在内的很多市民都觉得这不是一件容易的事儿。因此，本人认为研究智能垃圾分类垃圾桶可高效、便捷助力解决垃圾分类这个让很多人头疼的问题。

智能垃圾分类垃圾桶主要具有两种特色功能：语音识别垃圾分类，自动拍照识别垃圾分类。智能垃圾桶不仅能更准确地帮助市民进行垃圾分类，还能节约人们用来进行垃圾分类的时间。对于处于繁华大城市的白领来说，这是非常有利的。

二、现有产品分析

1.传统一桶型垃圾桶分析

目前，大城市一般采用多分类垃圾桶（大部分采用四类分类垃圾桶），小城市以及大城市的乡村地区采用的是两桶型垃圾桶（即分为可回收垃圾、不可回收垃圾），但是，乡村及偏远地区仍然采用一桶型垃圾桶。

对于一桶型垃圾桶来说，厨余垃圾、干垃圾、湿垃圾甚至是药品等一起扔至其中，扔垃圾的居民倒是轻松，但是极易造成腐烂散发浓烈的味道，造成空气污染，最终只能民众自食恶果；对于回收、分类垃圾的保洁员来说，对垃圾进行分类具有很大的难度，还可能因为对垃圾中某些物质的有毒有害性、特性等未知，造成四肢伤害、身体健康严重受到威胁。

缺点：（1）垃圾没有进行分类投放，对工作人员带来过多的作业量和健康危胁。

（2）由于垃圾没有分类，各种垃圾混合投放，极易散发刺鼻气味，带来环境污染，不符合环保节能要求

（3）不具备智能性

图1传统一桶型垃圾桶

2.传统两桶型垃圾桶

两桶型垃圾桶在三、四、五线城市很常见，主要应用于公园、景区及居民区。

对于两桶型垃圾桶来说，许多居民通常还是和对待一桶型垃圾桶一样，不区分垃圾种类乱扔，或者说由于不够细分，可能导致厨余垃圾和有害垃圾都是扔至不可回收垃圾桶中，这还是没有真正达到垃圾分类目的，运输、分类垃圾的作业量、危险系数仍然较高，并且，大部分两桶型垃圾桶采用的是开口式，炎热天气经常散发刺鼻气味，引来苍蝇、蚊虫光顾，很不卫生。

两桶型垃圾桶：（1）没有对垃圾进行细分，工作人员的作业量和健康影响仍然大。

（2）散发气味、招引苍蝇蚊虫，不卫生

（3）不具备智能性

图2传统两桶型垃圾桶

3、四桶型垃圾桶

按照《上海是生活垃圾分类管理条例》，居民产生的垃圾主要按照四类分类投放，即湿垃圾（或厨余垃圾）、干垃圾（或其它垃圾）、可回收物、有害垃圾，将四类。该类垃圾桶解决以往混合投放的问题，将有害垃圾这种容易对工作人员造成威胁、湿垃圾这类容易腐烂散发刺鼻气味的垃圾分了出来，在一定程度上减轻了保洁员的工作量和健康风险。

但是，这类垃圾桶缺乏智能性，对于老人、小孩等人群来说，不友善，很容易造成垃圾分类不准确；即便是对于高校学生来说，准确分类仍然有不少困惑。所以，使用该类垃圾桶仍然存在居民分类不准确、保洁员仍需二次分类的问题。

缺点：（1）对于老人、小孩等人群来说，准确分类具有一定困难

（2）对于繁华城市白领来说，不符合高效省时的追求

（2）缺乏智能性

图3四桶型垃圾桶

三、设计目标

综合前面所述，本设计研究主要内容就是：设计一种智能型垃圾桶。垃圾桶可对投入的垃圾自动分类和指导居民分类。

设计思路：将四只垃圾桶集成在一排，垃圾桶上方加装垃圾分类装置，将垃圾投放后，垃圾分类器自动通过拍照并进行AI识别，将垃圾投入对应的垃圾桶；另外在垃圾桶的正面再开一个可闭合的投放口，通过语音说出垃圾的名称，自动打开对应垃圾桶的投放口。

该智能垃圾分类垃圾桶将具有以下功能：

（1）自动拍照和识别功能。加装微型计算机和摄像头，搭载百度AI物体识别技术，并加装运送装置。将垃圾投入垃圾分类装置上方总投入口后，摄像头感应到投放动作后，自动拍照并通过AI物体识别技术识别垃圾种类。

（2）垃圾运送功能。市民将垃圾投入垃圾分类装置上方的总投入口后分类装置自动拍照识别，并进行自动运送投入对应垃圾桶。

（3）语音识别并进行垃圾分类功能。加装麦克风，搭载语音识别技术。投放者对着垃圾桶说出垃圾名称，垃圾桶通过接收语音进行识别，将文字和后台数据库对比，打开对应垃圾桶的可闭合式投放口。这样即便不知道垃圾类别，数据库也能通过我们的语音准确打开对应投放口。

四、设计方案

为了实现本智能垃圾分类垃圾桶所有功能，主要分为垃圾桶模块、语音采集与识别模块、自动开闭投放口模块、拍照与AI识别模块、自动运送模块。我们对垃圾桶内部进行了初步的方案设计，详细如图4所示。

图4系统基本框图

1.电源模块：

电源模块主要负责垃圾桶各部分的供电以及电流电压控制，保证电源的安全以及各部分的正常运行。

2.红外感应模块：

红外感应模块主要负责监测是否有垃圾投放动作，当其监测到垃圾投放动作后，将数据传送给核心控制模块。

3.图像采集与识别模块：

该模块主要负责采集垃圾的图像，并利用AI 识别技术对垃圾进行识别。在红外感应模块捕捉到投放动作后，将信号过来后，图像采集与识别模块即开始采集垃圾图像，完成识别后将数据传送给核心控制模块与数据库。

4.自动运送模块：

自动运送模块主要负责垃圾的运送。数据库和核心控制模块将垃圾进行分类后，自动运送模块即开始将垃圾运送至对应的垃圾桶。

5.语音采集与识别模块：

语音采集与识别模块负责采集垃圾投放人的语音，并识别语音，提取其中的关键词，并将数据传送至核心控制模块和数据库。

6.自动开闭投放口模块

自动开闭投放口模块在接收到核心控制模块对语音的分类后，打开对应的投放口，待投放人投放完成后关闭投放口，以免气味弥漫。

7.核心控制模块

核心控制模块采用单片机芯片控制各个电路模块的工作，完成定时、模式选电

源

模

块自动开闭投放口模块

语音采集与识别模块

图像采集与识别模块

自动运送模块核心控制模块红外感应模块

数

据

库

择，睡眠监测的重要任务。

方案一：使用AVR系列的单片机芯片，其优点是高可靠性、功能强、高速度、

低功耗和低价位。

方案二：使用MSP430系列的单片机芯片，其优点是超低功耗、功能强大、16位RISC架构、有较高的处理速度，但价格不便宜。

8.数据库模块

数据库模块主要储存垃圾分类的数据：各种垃圾的名称以及所属种类的数据。其中的垃圾分类数据是由专业人士划分垃圾分类的数据。

五、设计创新点

1.自动拍照识别垃圾种类

2.自动运送垃圾至对应的垃圾桶中

3.语音识别投放人所说出的垃圾名称，并打开对应的投放口

4.待投放完成后，自动闭合投放口，防止刺鼻气味散发

六、教师评语