物联网在垃圾回收站中应用研究

葛 鑫，邵育兰，曾贵苓

(芜湖职业技术学院电气与自动化学院(筹)，安徽 芜湖 241000)

0 引言

随着生活节奏的不断加快，物品的种类和数量呈不断上升的趋势，越来越多的垃圾伴随在我们身边。城乡生活的垃圾量、清理量不断增加，给城市垃圾管理和处理带来了巨大的压力，堆积在垃圾回收站的垃圾没有得到有效、及时处理。垃圾数量的增加，伴随着环境中温度、湿度的变化，加速了生活垃圾中有机物的腐烂分解及工业垃圾中部分材料气味的挥发，等等，不可避免地造成环境污染。

垃圾回收站的污染源主要来自进厂的原始垃圾。垃圾运输车在卸料过程中和垃圾堆放在垃圾储坑内散发出有毒有害气体主要包括硫化氢(H2S)、氨气(NH3)、甲醛等，这些气体的扩散将严重危害人体健康。对垃圾回收站的有毒有害气体检测能够及时提醒垃圾处理，是未来垃圾回收站环境检测的必然趋势。

1 物联网

物联网(The Internet of Things，简称IOT)是通过射频关键技术、多种类型传感器、定位技术等各种信息技术，实时采集各类光、温度、电等需要信息，经过各类通信网络连接，实现物物之间、物人之间的相连，以达到对物品和过程的感知、识别和管理智能化。物联网是一个以网络为信息承载体、实现对被独立寻址的普通物理对象构成相互连接的网络。

1.1 物联网的关键技术

在物联网应用中有三项关键技术：

传感技术。其为计算机系统中的核心技术。目前，计算机处理的信号基本都是数字信号。到目前为止，绝大部分计算机处理的都是数字信号，对于模拟信号，需要通过传感器转化成数字信号给与计算机进行处理。

RFID标签。作为传感器技术的一种，将无线射频技术与嵌入式相结合，在智能识别、物流管理等方面有着较大的应用前景。

嵌入式系统技术。将计算机技术、先进传感技术、智能制造等技术相结合。嵌入式技术应用较为广泛，小到蓝牙耳机，大到航空航天系统。随着技术的不断发展，人们的生活水平不断提高，推动产业及国防事业发展。

1.2 物联网的应用

伴随着物联网技术的持续发展，物联网在环境监测、智能汽车、消防安全、智能家具、水质监测、情报搜集、农业灌溉等各个领域有着较为广泛的用途。物联网将最新互联网技术融入至各类行业中。在铁路、桥梁等物体中加入先进的传感技术，能够对整个网络中的人员、器件、基本设施之间进行智能控制管理。

2 物联网垃圾回收站技术及设计

2.1 物联网垃圾回收站技术方案

目前，对垃圾回收站环境监测的方案中绝大多数是有线式连接检测，通过现场监控方式，在各个需要检测的方位放置传感器，对采集的信号单线传至核心采集站，经核心采集站处理后传给上位机进行监控。但是这类方案中，所需的传感器较大部分是在监控现场，将其布置在需要监控的部位，布线复杂，维护费用昂贵。

将物联网技术融入至系统中，替换原有的有线技术，能够达到传感器与数据采集之间的通讯目的，既能实现在有毒有害的恶劣环境下实时监控，还可以消除无法布线的监控问题，也可解决有线传输中存在的一些诸如布线难、故障排查不足等情况。突出现有系统中网络节点可移动、便于维护等优势，进一步提升了系统的监测能力和自动化水平。

2.2 物联网垃圾回收站系统设计

垃圾回收站环境检测系统由监控平台和由物联网组建的无线传感网络两部分组成。其中无线传感网络由无线终端节点与网络协调器节点组成，系统总体结构如图1所示。

图1 系统总体结构Fig.1 General structure of system

通过无线终端节点采集垃圾回收站中温湿度、硫化氢、甲醛、氨气及二氧化硫气体浓度，将采集的数据传输至网络协调器节点，并最终将数据传递至监控平台。如果检测数据超过所设定的危险上限将会发出报警信号，并且经过系统GPS定位模块实现定位，将定位指令、坐标等信息通过协调器传输。GSM通信模块主要实现环境数据的短信发送，实时为环境监护人员提供准确信息，及时处理，减少甚至避免有害气体带来的危害。监控平台具有数据保存、数据查询、报警与运行状态显示等功能，为环境监护人员提供访问界面，提示急需处理的垃圾，并且具有数据保存和查询等功能。

3 系统主要功能实现

3.1 温湿度模块

温湿度模块主要用于监控垃圾回收站的温度和湿度，不仅能够防止高温及火灾现象发生，还能够避免因温度升高而导致的垃圾挥发速度加快有毒有害气体对环境及人体的危害。硬件选用DHT11温湿度传感器来实现检测，其稳定性高，能够长期使用，符合系统标准。

3.2 气体检测模块

硫化氢、氨气、甲醛等有毒有害气体主要来源于垃圾回收站生活及工业垃圾的挥发。随着浓度的增加，其对环境及人体会产生危害，故气体检测尤为重要。可选用测量范围广、精度高、灵敏度高、寿命长的传感器。

3.3 GPS模块

GPS 模块主要用于城乡中各个垃圾回收站的定位，由此可知定位坐标、相应的时间。将相关定位数据上传至上端服务器，可实现对系统进行监管和服务。若出现危险或报警，将会通过协调器与监控平台相互通信，提醒监控人员及时对情况进行处理，采取必要措施，减少不必要的危害。

3.4 GSM模块

GSM通信模块由射频芯片、功率放大器等组成。可以对GSM射频信号处理，包含基于GSM移动网络发送SMS信息、通话等强大功能，实现监控人员以短信及通话的方式实时掌握垃圾回收站采集的信息。

4 结论与展望

4.1 结论

在垃圾回收站中融入物联网技术，不仅减少了线束，增大传输距离，而且能够减少成本，实现实时对有害气体检测。拥有的GPS定位、GSM通信功能可以信息互联，进一步提升数据检测的实时性，为环境和人类健康多了一道安全保障。信息的不断交互，可以减少有毒有害气体的危害，提高生活环境质量和人体健康指数。

4.2 展望

系统设计进一步改善了垃圾回收站环境检测，具有设计简单、高可靠性、稳定性等特点。本设计还可以进一步扩展用于甲烷、甲硫醇、甲胺、甲基硫等可燃有毒气体的采集，具有一定的运用价值。预计不久的将来，该技术将在垃圾回收上得到普及应用。