“智能回收+”垃圾桶设计与开发

摘要：本文设计开发了一种“智能回收+”垃圾桶，以自动识别垃圾类型、精准分类与高效处理为核心功能，采用先进的图像识别技术，能够快速准确地识别各类垃圾，实现自动垃圾分类投放，进行资源转化。其内置的高精度摄像头与传感器可实时监测垃圾桶内垃圾的容量、状态等信息，为垃圾处理提供精准数据支持，同时可以通过微生物降解或热解等技术，将部分有机垃圾转化为可利用的资源，实现垃圾的资源化转化。

关键词：智能垃圾桶；垃圾分类；资源转化；图像识别

Abstract： This paper designs and develops a "Smart Recycling+" trash can， centered on core functions of automatic waste type identification， precise sorting， and efficient processing. Utilizing advanced image recognition technology， it enables rapid and accurate identification of various waste categories for automated sorting and disposal， facilitating resource conversion. Its built-in high-precision cameras and sensors are capable of real-time monitoring of the trash can's internal fill levels， waste status， and other parameters， providing precise data support for waste management. Additionally， through technologies such as microbial degradation or pyrolysis， certain organic wastes can be converted into utilizable resources， achieving resource-oriented transformation of waste materials.

Keywords： Smart Trash Can；Waste Sorting；Resource Conversion；Image Recognition

1 引言

随着全球城市化进程的加速，城市垃圾处理问题日益凸显，已经严重的影响到人们的日常生活，传统的垃圾处理方式主要依靠人为手动处理，不仅耗时耗力，还对城市环境卫生和居民生活质量造成了严重影响。因此，本文设计了一款通过搭载各类传感器技术手段，实现了垃圾的智能分类、满载检测、远程监控、资源转化等功能的智能垃圾桶。

2 智能垃圾桶的功能

自动检测功能

垃圾量检测：通过安装在垃圾桶内部的红外传感器，实时监测垃圾桶内的垃圾填充高度，当垃圾量达到一定量时，向管理员发送通知，及时处理垃圾。

垃圾类型检测：利用图像识别技术，对投入的垃圾进行初步识别，辅助用户进行准确分类。

垃圾分类功能

用户选择分类：用户可以通过语音或物理按钮选择垃圾类型。

系统自动分类：系统根据用户的要求进行分类并对用户分类选择的正确性进行检验，当用户分类错误时，进行提醒并辅助分类

远程监控功能

实时状态监控：管理人员可以通过手机应用程序，实时查看垃圾桶的运行状态。

历史数据查询：系统会自动记录垃圾桶的使用数据，管理人员可以查询历史数据，分析垃圾产生规律和分类效果。

资源转化功能（厨余垃圾）

厨余垃圾预处理：垃圾进入厨余垃圾类，先进性粉碎、脱水预处理，降低垃圾重量和异味。

生物发酵转化：经过预处理的厨余垃圾可以通过内置的生物发酵装置进行初步发酵，发酵过程中产生的有机肥料提醒管理人员进行收集，实现资源的循环利用。

能源回收自用：将厨余垃圾发酵过程中产生的沼气进行收集和储存，用于驱动垃圾桶内部的照明、加热，进一步提高资源利用率。

3 智能垃圾桶系统方案的设计

本文设计的“智能回收+”垃圾桶系统方案以自动识别、精准分类和资源转化为核心，结合先进的图像识别技术、传感器技术和物联网技术，实现了垃圾处理的智能化与高效化。

系统总体架构

智能垃圾桶系统由硬件层、控制层和应用层三部分组成。硬件层包括高精度摄像头、红外传感器、语音识别模块、生物发酵装置等；控制层以嵌入式系统为核心，负责数据处理与执行控制；应用层通过物联网平台实现远程监控与数据分析。系统通过多模块协同工作，实现了垃圾的自动检测、分类、处理和资源转化。

工作流程设计

（1）垃圾检测与开盖

当用户靠近垃圾桶时，红外传感器检测到人体信号，系统自动打开桶盖，等待用户投放垃圾。垃圾桶内部的红外传感器实时监测垃圾填充高度，当垃圾量达到预设阈值时，系统向管理员发送满溢提醒。

（2）垃圾类型识别与分类

用户可通过语音或物理按钮选择垃圾类型（可回收、厨余、有害、其他）。系统通过高精度摄像头采集垃圾图像，利用基于深度学习的图像识别算法（如YOLOv5）对垃圾进行实时识别和分类。若用户选择的垃圾类型与系统识别结果不一致，系统会通过语音提示用户重新分类，确保分类准确性。

（3）垃圾处理与资源转化

可回收垃圾：系统将可回收物送至回收站，便于后续资源再利用。

厨余垃圾：厨余垃圾进入预处理模块，经过粉碎、脱水后，送入内置的生物发酵装置进行发酵处理。发酵过程中产生的有机肥料和沼气分别用于资源回收和能源自用。

有害垃圾：系统将有害垃圾单独存放，并提醒管理员进行专业处理。

其他垃圾：其他垃圾经过无害化处理后，送至填埋场或焚烧厂。

（4）系统复位与数据上传

垃圾处理完成后，系统自动关闭桶盖，并复位所有器件，等待下一次使用。系统将垃圾桶的运行状态、垃圾量数据、分类结果等信息通过物联网模块上传至云端平台，供管理人员实时监控和历史数据分析。

关键技术实现

（1）图像识别技术

采用YOLOv5目标检测算法，对垃圾图像进行实时识别和分类。通过训练自定义数据集，优化模型在垃圾分类场景下的准确率和鲁棒性。结合DeepSORT算法，实现对多目标垃圾的持续跟踪，避免重复识别和误识别。

（2）传感器技术

红外传感器用于检测垃圾桶内垃圾量和用户靠近信号，确保系统的实时响应。温湿度传感器监测垃圾桶内部环境，防止异味产生和细菌滋生。

（3）物联网技术

通过ESP32物联网模块，实现垃圾桶与云端平台的数据交互。管理人员可通过手机应用程序实时查看垃圾桶状态，并接收满溢提醒和处理建议。

（4）资源转化技术

厨余垃圾通过生物发酵装置转化为有机肥料和沼气，实现资源的循环利用[12]。沼气可用于驱动垃圾桶内部的照明和加热系统，进一步提高能源利用率。

4 结束语

本文设计开发的这款“智能回收+”垃圾桶，集成了自动感应开盖、垃圾分类识别、满溢提醒、自动压缩、除臭杀菌及语音交互等多项智能化功能。通过先进的图像识别技术和传感器系统，该垃圾桶能够自动识别垃圾类型并进行精准分类处理，同时实时监测垃圾量，及时提醒用户清理，有效解决了传统垃圾处理方式中分类不明确、满载率高、清理不及时等问题。此外，系统通过物联网技术实现了远程监控与数据分析，为城市垃圾管理提供了智能化解决方案。

参考文献：

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[6] 王涛.厨余垃圾处理技术现状与发展趋势分析 [J]. 中国环保产业， 2024， （08）： 68-72.

基金项目：2024年黑龙江省大学生创新创业训练计划资助项目（S202410232143）；齐齐哈尔大学2024年党建研究课题（QQHRUDJ2024-28）;黑龙江省省属本科高校基本科研业务项目（145409333）.

作者简介：丁小伽（2004-），女，辽宁省阜新人，在读本科生，从事信息与计算科学研究，Email：3162497137@qq.com

通讯作者：张剑（1978-），女，黑龙江齐齐哈尔人，副教授，理学硕士，从事信息与计算科学研究，Email：zjqqhr@163.com.