智能垃圾分类系统的软硬件发展现状

史笑晴 苗子怡 宇雅赫 董幸异 刘育嘉

（河北科技师范学院工商管理学院，河北 秦皇岛 066004）

一、绪论

随着经济的发展和人口的增加，全球每年产生的垃圾在不断上升。为了应对日益严重的垃圾问题，人们通过改进垃圾桶的方式来促进垃圾的回收利用。从普通垃圾桶到脚踏式垃圾桶，再到分类垃圾桶，甚至垃圾桶变得更为智能。随着智能垃圾桶的出现，相关的分类系统也逐渐兴起。本文旨在对智能垃圾分类系统进行充分的介绍、回顾和展望。

智能垃圾分类系统是由硬件和软件共同实现的，即垃圾桶本身和垃圾分类技术的使用两方面。本文的主要工作如下。1.介绍智能垃圾桶的硬件和国内垃圾分类现状。2.通过对智能垃圾桶软件的描述，介绍垃圾桶目前应用的技术。3.研究智能垃圾桶软硬件之间通信技术，初步了解目前智能垃圾桶的实现原理，为之后的探究提供一定的方向和指导意义。

二、国内智能垃圾系统软硬件总体发展现状

现阶段，我国对垃圾的处理仍以填埋为主[1]，国内分类垃圾桶的功能尚未达到智能识别、语音提示和太阳能充电等需求。现阶段分类后的垃圾不能做到干湿分离，居民垃圾分类意识薄弱，使得垃圾分类投放准确率不高。当前也有部分智能化的垃圾桶，但形式单一主要以红外线感应开盖为主，不能主动识别垃圾，且成本高昂[2]，覆盖范围以家居为主。当前国内需提高居民垃圾分类意识与探索具有普适性的智能垃圾分类系统。

三、智能垃圾系统的硬件现状

（一）硬件设备

硬件的介绍，主要是围绕垃圾桶来介绍。目前，智能垃圾桶多数以筒状或是长方体的形状出现，智能垃圾桶以不锈钢材料和塑料为主要外观。其内部则是空心状态，用来存放垃圾。生活中常见的智能垃圾桶主要适用于家庭和公共场合，例如小区、街道等地方。

（二）国内智能垃圾桶品牌

1.拓牛(TOWNEN)。拓牛智能科技成立于2014年，第一代产品于2018年全新上线[3]。牛智能垃圾桶是中国的本土品牌，有T1、T1X、T1s、T3（适合浴室）、TAir 等系列。拓牛智能垃圾桶从外观来看是以筒状为主，白色为主，拓牛智能垃圾桶的显著的卖点即一键打包，自动换袋，并且采用无断点设计，热塑封技术，采用一键打包技术，根据垃圾的高度延伸垃圾袋的高度，随着拓牛智能垃圾桶系列的升级使得打包垃圾时的分贝逐渐变小。悬浮盖式设计有利于垃圾异味慢慢透发而出，避免开盖时瞬间而出的异味。拓牛垃圾桶适用场合是家庭为主，体型小巧玲珑，其中T3 采用防水设计可以放在浴室中，方便快捷。

2.欧本(OUBEN)。台州市欧本电子有限公司成立于2010年，其旗下主营产品以智能家电和智能垃圾桶为主[4]，是我国的本土品牌，欧本智能垃圾桶的类型以感应式垃圾桶为主，采用红外传感器技术，即使是在不触碰桶身的前提下也可快速开启。其主要制成材料是用废弃牛奶盒包装制作而成的复合板加工形成的，用废弃牛奶盒包装制成的产品其优点是废物再利用[5]，减少环境污染。

3.宜可(EKO)。中国本土品牌，创立于1977年，之后不断向智能化方向发展。EKO旗下智能垃圾桶以感应式和脚踏式垃圾桶为主[6]，宜可系列的垃圾桶以圆筒行和长方体形状为主，分类垃圾桶系列还是进行人工分类垃圾，桶内干湿分明，三桶合为一桶，此系列的垃圾桶以踩踏式为主要方式，也有针对厨房设计的悬挂式垃圾桶，方便无异味。

4.粤能。粤能智能垃圾桶是我国的本土品牌，其生产是来自于粤能环保科技有限公司，粤能科技环保有限公司创立于2017年，是一家以智能型产品为主的公司，而智能垃圾桶就是其中之一的产品，粤能智能垃圾桶的满桶停运功能是其重要特点。粤能智能垃圾桶在室外使用的较多，例如社区中，所以其体积较大、垃圾分类也清晰明了，居民可以用所投放的垃圾攒存积分换取奖品[7]，方便且高效。

四、智能垃圾系统的软件现状

（一）软件技术

通过分析国内智能垃圾桶软件部分，可以发现引入了自动打包、自动上袋和红外线线感应开盖等技术，但是对分类系统的开发程度不高，不能真正做到垃圾桶自动分类。1.自动打包。自动打包程序触发后，发热芯加热，当垃圾袋遇到高温后会自动收缩，出现融化现象，发热芯冷却后垃圾袋封口处凝固，使得垃圾袋自动打包[8]。2.自动上袋。打包完成的垃圾拿走后，自动上袋程序被触发，封装在垃圾袋盒中的无断点垃圾袋铺满垃圾桶内壁，实现自动上袋。这两项技术主要应用在国内垃圾桶品牌——拓牛。3.红外线感应开盖。红外线感应开盖，通过利用人体发出的红外线，当人体进入感应范围时红外传感系统检测出红外光谱[9]的变化，自动开启垃圾桶盖，3-5s 后自动关闭。红外传感开盖技术应用在欧本、EKO等国内品牌上。4.智能红光数显。智能红光数显系统[10]，能够清晰显示垃圾桶盖关闭的倒计时，5s 后垃圾桶盖关闭。此技术在国内垃圾桶上有所体现。5.满桶停运检测。当垃圾桶内垃圾堆积到一定高度或者一定重量时[11]，满桶停运检测程序会禁止垃圾箱开盖，来提示投放者垃圾箱已满，自动发送清运信息给云平台，云平台接收电信号，安排清洁人员进行清理。这种技术在国内粤能垃圾桶品牌上应用。

（二）软件技术应用的优缺点

1.优点。(1)使用方便快捷。使用过程中，只需人将垃圾投放到垃圾桶中，智能垃圾桶的感应系统会直接将垃圾桶的盖子打开，采用自动打包技术[12]将已满的垃圾袋打包，将自动上袋技术放出干净的垃圾袋，方便快捷。(2)干净卫生。智能垃圾桶在使用过程中，人和物不需要二次接触垃圾，改善了传统垃圾桶存在卫生感染的隐患，能够有效预防疾病通过垃圾传染给人类和垃圾桶内扩散。(3)节省人力物力。智能垃圾桶中，满桶停运功能的使用能够有效防止垃圾溢出造成的环境污染，也无须清洁人员反复查看垃圾桶情况，节省了人力与物力资源。

2.缺点。(1)自动打包程序触发是由人为控制的，不能确保垃圾桶内垃圾装满，可能造成垃圾袋浪费的情况，在一定程度上，出现浪费资源的情况。(2)自动上袋程序是利用吸气原理实现的，如果垃圾桶体内气密性不够，可能会导致吸力不足，垃圾袋不能顺利铺展。(3)红外线感应程序可以检测人或动物发射的红外线而进行开盖操作，所以不能排除人体意外遮挡或者动物的干扰，可能造成程序的误操作。(4)大部分智能垃圾桶还没能做到干湿分离[13]的功能，使得垃圾的回收利用率变得低。

五、软硬件通信技术

智能垃圾分类系统的软件和硬件的协调工作，离不开软硬件间的通信，下面对软硬件间的通信技术进行概述。1.自动打包软硬件通信。用户按压HOME 键，自动打包程序被触发，随后发热芯开始加热，横向与竖向杆开始移动，将垃圾袋集束到一点，发热芯将集束的垃圾袋熔断，实现打包、封口的操作。垃圾袋打包完成后，横向杆和竖向杆复位，垃圾桶盖打开。2.自动上袋。封装好的垃圾被取出后，垃圾桶底部后侧的电动充气泵开始工作，它将垃圾桶内部空气向外吸，来减小垃圾桶内部的气压，垃圾袋受气压的作用向下铺展，直到10s 后，垃圾袋铺满垃圾桶内壁，气泵关闭。3.红外线感应开盖。当用户靠近垃圾桶红外传感器时，红外传感器接收信号，控制电板做出开盖操作。开盖模式有两种，按压左键会开启长时间开盖模式，再次按压左键会切换到红外线感应开盖模式。4.智能红光数显。该部分运用红光数字显示屏显示垃圾桶盖开盖时间，当时间为0 时，控制电板接收信号，控制垃圾桶盖关闭。5.满桶监测软硬件通信。该模块运用了压力传感器等硬件，当垃圾桶的垃圾装满后，此时可认为垃圾桶已经溢满。压力传感器用以实时监测垃圾箱内的垃圾量，当垃圾量达到预设值时[14]，系统即实现预设效果，禁止垃圾箱开盖。

结语：本文从智能垃圾分类系统的硬件、软件和软硬件通信三个方面，对智能垃圾分类系统进行了详细的阐述。随着卷积神经网络的发展及传感器新技术的应用，智能垃圾分类系统必然会迎来广阔的发展前景，相信未来的智能垃圾分类系统可以让垃圾分类便捷化，使垃圾分类成为新习惯、新风尚、新规矩。