垃圾桶自动轨道循环系统应用研究

陈梓瑜 赵玉婷

摘    要：垃圾桶自动轨道循环系统将GPS通信和轨道规划技术与自动化的结合，设计垃圾桶自动轨道循环系统装置，其基本工作原理是为自动垃圾桶装置，设计轨道，并在垃圾桶下设置自动感应装置，垃圾桶达到一定重量即可顺着轨道自动运输至垃圾场倒掉，然后空缺的垃圾桶位置自动补上。此系统有效解决了部分环境治理难题，配合垃圾分类的展开，可加快垃圾处理速度，减少垃圾堆积、垃圾未能及时处理污染环境、人工清理不及时的问题，以及机器人使用的不便利性等问，对于进一步提高城市生活垃圾的资源化利用效率，降低垃圾处理成本和处理难度具有重要作用。

关键词：垃圾桶;自动化;轨道循环

1  引言

中国的环保产业年均增长速度接近18%以上，环境服务业的增长速度更是高达30%。并且，目前60%的环境治理需求还没有被市场挖掘。为解决垃圾终端处理的问题，2019年6月份，住建部等9部门联合发布《关于在全国地级及以上城市全面开展生活垃圾分类工作的通知》提出，自2019年起，全国地级及以上城市要全面启动生活垃圾分类工作;2020年底，46个重点城市要基本建成垃圾分类处理系统;2022年前，各地级城市至少有1个区实现生活垃圾分类全覆盖;2025年底前，全国地级及以上城市要基本建成垃圾分类处理系统。

2  传统垃圾桶现状与存在的问题

目前，我国普遍采用的环保方式以人工清理垃圾为主，纯人工的倒垃圾存在众多问题，如垃圾清理不及时，导致垃圾桶附近垃圾成堆、恶臭难闻，严重污染环境，给人们的生活造成一定的困扰，这种垃圾成堆现象在一定的程度上也减少人们对环保的积极性。

（1）垃圾桶对垃圾的密封效果不好，导致垃圾桶附近异味较大，并且极易滋生细寄生虫等，对人们的健康造成较大的危害。

（2）现有的垃圾桶不能自动处理桶内垃圾，经常出现大量垃圾溢出垃圾桶的现象，影响环境卫生，造成污染，危害人们的健康。

（3）现有的垃圾桶不能及时封装桶内垃圾，垃圾长时间裸露在外，环卫工人处理垃圾时与垃圾直接接触，增大环卫工人患病几率。

3  采用垃圾桶自动轨道循环系统的优势

垃圾桶自动轨道循环系统将GPS通信和轨道规划技术与自动化的结合，设计垃圾桶自动轨道循环系统装置，其基本工作原理是为自动垃圾桶装置，设计轨道，并在垃圾桶下设置自动感应装置，垃圾桶达到一定重量即可順着轨道自动运输至垃圾场倒掉，然后空缺的垃圾桶位置自动补上。后台还设置路面检测器和APP控制云端结合使用，让环境管理人员可以实时监控垃圾桶及轨道的运行、使用等情况。

（1）发展优势：垃圾桶自动轨道循环系统所设计出来的垃圾桶可以自动感应重量自动运输至垃圾场，实现垃圾桶“自我管理”的目标，整个轨道路径进行最优化设计，红外光电感应、重力传感器等为技术支持，技术较成熟，集成方便，因此有很大的发展优势。

（2）性能优势：垃圾桶红外光感受体温自动开盖，无需人动手，又能让垃圾与外面的空气隔离，达到保护环境，利用太阳能环保节能。重力传感器感受重力成为重要信号，智能路径规划技术为垃圾桶设计最短路线，紫外线消毒保持垃圾桶清洁无异味。而这种技术被应用到垃圾收集领域可以更好的代替人类进行这项工作，不仅可以保证健康，同时还要比目前被广泛使用的摇臂式卡车更有效率。

（3）地理优势：高等院校、社区和主题公园属于局部区域，有利于监控和形成循环的系统。

4  垃圾桶自动轨道循环系统的主要应用原理

（1）红外光电技术：红外智能感应是基于红外线技术的自动控制产品，设定30cm感应区域，当有人进入感应范围时，专用传感器探测到人体红外光谱的变化，自动接通开关，桶盖自动打开，人不离开感应范围，将持续接通;人离开后，延时3s自动关闭开关。亲切方便，安全节能，更显示出人性化关怀。

（2）重力传感器：重力传感器是根据压电效应的原理来工作的，新型属传感器技术，它采用弹性敏感元件制成悬臂式位移器，与采用弹性敏感元件制成的储能弹簧来驱动电触点，完成从重力变化到电信号的转换，重力传感器在进入消费电子市场之前，实际上已被广泛应用于汽车电子领域，主要集中在车身操控、安全系统和导航，典型的应用如汽车安全气囊（Airbag）、ABS防抱死刹车系统、电子稳定程序（ESP）、电控悬挂系统等。我们将这项技术应用到垃圾桶上，如假设当垃圾质量达到30kg时，触发压电效应将信号输送到云端。

（3）云计算及管理系统：云计算基础平台，例如摩拜的云服务是建立在微软的Azure公有云服务平台之上，其云端应用是一个建立在云计算之上的大规模双向实时应用。将此技术运用到垃圾桶自动轨道循环系统上，云计算一方面能够保证垃圾桶应用的快速部署和高扩展性，另一方面能够应付大规模高并发场景，满足巨大数量的连接需要。垃圾桶将“已满”信号传输到云端，云端再下发“倒垃圾”指令。

（4）GPS定位技术和移动通信芯片：GPS通信模块可以将垃圾桶实时位置上报给云端，云端通过智能计算控制垃圾桶的行为。

（5）智能路径规划技术：最优路径规划就是依据某个或某些优化准则（ 如工作代价最小 、行走路线最短、行走时间最短等），在垃圾桶工作空间中找到 一 条从起始状态到目标状态、可以避开障碍物的最优路径 ，垃圾桶可以自行找到垃圾收集中心的位置。

（6）电力来源：柔性薄膜太阳能电池：太阳电池是一种对光有响应并能将光能转换成电力的器件，目前市面上有些共享单车的车筐上就安装了太阳能电池板，而垃圾桶自动轨道循环系统使用的柔性薄膜太阳能电池不需要采用玻璃背板和盖板，重量比双层玻璃的太阳能电池片组件轻80%，采用PVC背板和ETFE薄膜盖板的柔性电池片甚至可以任意弯曲，安装的时候也不需要特殊的支架，可以方便安装在桶边上使用，在正常情况下给垃圾桶提供电源。

（7）可充的铅酸蓄电池：与传统铅酸蓄电池相比，具有以下优点：能量密度高、安全性强高温性能好、高功率输出、电铁锂电池。铁锂电池长循环寿命、重量轻，节省机房加固成本、体积小，电池长寿命、 安全性好等优点。当太阳电池无法正常工作时给垃圾桶提供电源，定期检查充电即可。

（8）监控功能与烟雾检测系统：烟雾检测系统主要由视频采集，图像预处理，烟雾颜色检测，烟雾模糊度计算，烟雾识别等模块构成。基于图像分析的先进烟雾检测系统，在摄像头的监控视野内，检测烟雾的发生，如果发现该异常现象，能够触发报警，预防火灾的发生或减轻火灾的危害。

（9）蜂鸣器：用于异常状态的发声警告。

5  垃圾桶自动轨道循环系统的应用价值

（1）垃圾桶自动轨道循环系统采用的是太阳能供电，节能环保，积极响应我国节能环保事业的发展，响应国家爱护环境的号召，可以获得人民群众的广泛支持。此系统通过GPS通信和轨道规划技术与自动化的结合，自动化技术的运用可以增加使用的便利性，有助于城市的干净整洁，减少清扫人员的负担，进而减少雇佣人力资源的浪费，另外还可解决机器人使用的不便利性和节省高昂的技术支持费用。

（2）垃圾桶自动轨道循环系统可以解决部分环境治理难题，配合垃圾分类的展开，可加快垃圾处理速度，减少垃圾堆积、垃圾未能及时处理污染环境等问题，可以为人民群众提供良好的生存环境。对于进一步提高城市生活垃圾的资源化利用效率，降低垃圾处理成本和处理难度具有重要作用。

参考文献：

[1] 电子元件协会.中国电子元件“十二五”规划[Z]，2011-7-13.

[2] 生态环境监测网络建设方案[Z].北京国务院办公厅，2015-7-26.