“互联网+环保服务”业务智慧化实施路径探讨

马浚茹　彭岩

摘要：目前我国居民并未掌握足够的垃圾分类知识，对现行的垃圾分类标准也没有清晰地认知，文章将提出一种智能垃圾桶，此垃圾桶可以提示投放的可回收物是哪一种属性，从而完成垃圾分类的目标。消费者只要能够说出垃圾的名称，垃圾桶将自动开盖，引导居民正确投放垃圾。桶内有四个储存箱，用于储存不同类别的垃圾。箱体还安装了温湿度传感器保障安全。与传统垃圾桶相比较，新型智能便民垃圾桶功能性、实用性更强、经济效益更好。

关键词：智能垃圾设备；绿色环保；互联网

随着社会的不断发展与进步，人民生产生活不断产生各种垃圾，人们越来越关注垃圾分类问题。如今，城市的垃圾生产量急剧增长但是垃圾的处理效率较低，将垃圾收集起来集中处理是解决以上问题的重要途径。垃圾分类问题与百姓生活息息相关，也与可持续发展有着不可分割的关联。作为保护环境的重要组成部分，不断完善垃圾分类过程占据重要地位。没有公民不期待通过有效的垃圾分类管理使得人民的居住环境日益提高。根据《国际联合早报》发布的研究结果，到2050年，全球垃圾量将达到70%的增量，将从2016年的20.1亿吨增至2050年的34亿吨，垃圾分类的任务仍然任重道远。

这一问题的解决步骤有二：一是重视宣传和教育，培养公民需要垃圾分类投放的意识；二是以垃圾桶为着手点，设计出一款即使是垃圾分类知识不够充足的公民也可以正确投放垃圾的智能便民垃圾桶并投入使用。

垃圾桶作为垃圾处理的第一道工序，也是问题集中发生的关键所在。本文着重研究垃圾桶的设计，以现行的垃圾分类条例为研发原则，研发自带语音识别的智能化垃圾桶，告知投放垃圾人群该垃圾属于哪一种类别，方便民众进行垃圾分类，传统垃圾桶的劣势得到解决，垃圾处理不再是困难的事情。人们在使用此款垃圾桶时，只要知道垃圾的名称，对应的垃圾存储模块的桶盖将自动打开，从源头上解决垃圾分类问题。

一、我国垃圾分类现存问题

现在，我国虽然已经展开了城市垃圾分类工作，但是较低的效率导致实际效果微乎其微甚至给后续垃圾处理带来了更多的困难。通过深层次的调查分析发现，现今城市的垃圾回收状况着实不容乐观，其问题主要有以下三点。

第一，妨碍垃圾分类工作开展的难点之一在于公民对于垃圾分类认知浅薄，也缺乏必要的分类知识。经过研究可以发现，虽然分类垃圾桶已经出现，但利用率不高，特别是在农村地区并没有起到应有的作用，其紧要问题是如今农村中居住的多数是年纪偏大、文化水平较低的老年人。这部分群众不曾接触过垃圾分类这个概念，即便有垃圾分类垃圾桶也不知如何正确投放垃圾。

第二，生活垃圾分类的法律条文并不完善，对投放垃圾的公民没有足够的约束。必要的政策法规可以影响公民的个人意识。可采取措施增强公民垃圾分类投放意识，比如说在国家的有关政策法规里增加完善的生活垃圾管理规章制度。

第三，当下居民区常见的垃圾分类垃圾桶是用不同的桶装不同的垃圾，设计初衷在于引导使用者把不同的垃圾分别投放到不同的桶中。但是投入使用后会发现，使用者极少会分类投放垃圾，普遍会直接把所有垃圾一起倾倒到一个桶中。当下城市生活节奏快，百姓没有时间和耐心细致地进行垃圾分类，于是不管是什么垃圾都统统丢入离自己最近的垃圾桶中。这样一来，即使垃圾桶更新换代，但是垃圾分类的问题使用没有被解决。所以，本设计按照使用场景分成两类。

户外公用简单分类垃圾桶。这款设计的适用背景是公園、街道、风景区等户外场景。考虑到使用人群所放置的垃圾种类也较为简单，这款设计的垃圾存储模块仅有三种，分别是：可回收、不可回收和有害垃圾。由于流动人次较多，预计使用较频繁，该类产品容积较大、以大型垃圾桶为宜。

室内家庭分类垃圾桶。该类垃圾桶应用于住宅内部。依据现已实行垃圾分类管理城市的分类标准，本文的设计内容包含：可回收、其他、厨余（上海称湿垃圾）、有害垃圾如此四个模块。家庭室内受到室内空间限制，考虑到居家便利的需求，设计以中小型垃圾桶为宜。

二、产品设计原则

（一）卫生与安全原则

在使用者投掷垃圾时，与垃圾桶的接触是不可避免的，因此，卫生安全尤为重要。首先，垃圾桶外壁硬件的材料选择就尤为重要，本设计选用抗腐蚀、易清洁的材料。其次，垃圾桶的造型设计应符合人体工学与安全标准，针对公用垃圾桶，应当避免产生尖锐的棱角，防止对幼儿产生伤害，尺寸上应当设计为幼儿无法爬行进度的大小，防止意外发生。最后，传统的垃圾桶需要人工打包、更换垃圾袋，容易弄脏手。本设计方案中的垃圾桶可以自动打包垃圾袋，自动更换新的垃圾袋，更加智能方便且不易传播细菌。

（二）人机交互原则

要考虑用户使用便利。当前社会垃圾分类。进行受阻的重要原因是民众对于垃圾分类标准不了解。在产品的设计中。使用者只需对垃圾桶说出垃圾名称，垃圾桶将自动打开相应的垃圾存储模块。通过智能方式，降低垃圾分类难度，提高垃圾分类普及度。

（三）“嵌入式”的外观设计

本产品的外观设计与容量会充分考虑与附近环境的融洽性，垃圾桶作为公共设施最重要的组成部分，对公共环境卫生有着重要的意义。要使一个作为盛装废弃物的容器与具有城市特色的园林文化和建筑环境达到和谐统一。

三、总体功能设计

本产品以家用和公用两大垃圾箱为设计目标，不同属性的垃圾桶有着不同的功能和特征。

家用智能垃圾箱采用柔和灵动的流线型设计，端口向使用者倾斜15°更符合人体工学、方便使用，通体为简约的白色，素雅大方。在本设计的箱体底部内设有四个通风口，底部外设有四个防滑垫。

本设计在每个垃圾箱上都安装一个芯片作为信号接收装置，可在内部进行二十多种垃圾分类，根据现有的垃圾分类制度，可以分为可回收、厨余、有害和其他垃圾。

当使用者需要处理垃圾时，使用者走到本设计装置前距离约10～20厘米，本设计装置的红外感应装置将识别到使用者的靠近，桶面上的OLED屏幕将自动唤醒，并向使用者显示日期、天气、桶内垃圾存储情况的详细数据（包括重量、高度、是否需要清理）。此时使用者只需说出垃圾名称，系统将根据语音，自动识别垃圾类型，相对应的垃圾存储模块的箱盖就会打开，这样垃圾分类的问题就可以解决了。之后，当使用者清理垃圾时，可以按压OLED屏幕下方的按钮，自动打包、封口、切断、更换垃圾袋等功能都可以直接实现。

另一款户外公用垃圾箱可以承载更大容量，适用于街头、风景区及公园等公共场所。本设计秉持 “量体裁衣”的设计理念，依据不同城市的不同文化，对户外公共垃圾箱的外形进行精心设计，做到精致、雅观、端庄、大气、具有地方特色又符合大众审美。此外，信息发布亭、广告牌、垃圾回收可以整合在一个垃圾箱载体上，在资源节约、集成、共享的基础上将名声、商业、文化等信息做了集成化的研究与共享，还可以结合本地区的历史文化，组成一道亮丽的风景线。

户外公用垃圾箱比家用垃圾具备更多的功能，使用防腐防蚀的材料延长使用寿命。例如，增加了温度湿度检测功能和多语言识别功能。当服务于公共场合的垃圾箱桶内温度湿度异常时，垃圾桶将发出蜂鸣警报声，避免温湿度过高，细菌繁殖，也预防安全问题的发生。户外公用垃圾箱所搭载的语言识别芯片功能较家用也更为强大，可识别普通话、英语及部分方言。

四、终端硬件组成

（一）温湿度传感器 DHT11

腐烂程度高的垃圾异味大、细菌速度快危害使用者的使用体验与健康；且垃圾桶可能有使用者误放的未熄灭的烟头之类的可燃物，有引发火灾隐患。本设计利用腐烂垃圾温湿度升高的特点，使用的是感温感湿一体的复合型传感器DHT11，对温湿度实施实时监测。这款传感器可以将已经校准过的数字信号对外传输，平稳性、有效性和准确性均可保持在较好的水平。本产品应用于监测垃圾桶内的温湿度，并实时反馈给上级设备。若桶内垃圾腐烂严重，温湿度超出合理阈值，那么本产品会立即发送信号给上级设备，下达报警指令，引起工作人员注意保证区域安全，避免火灾。

（二）通信模块

本设计上级位之间的数据通信需要借助于蓝牙实现。与Wi-Fi通信进行对比，蓝牙通信普及面广、功能大，并且蓝牙成本更低。使用同样的数节干电池分别对Wi-Fi通信模块和蓝牙通信模块进行测试，结果表明Wi-Fi通信模块仅仅可以维持短短几天，而蓝牙通信模块可以维持数周。基于以上几点，所以在本设计中使用蓝牙通信模块。

（三）语音识别芯片

将垃圾分类的功能加入到人工智能中，这其实不难完成，只需要把所有可能扔的垃圾归类到不同种类垃圾分类的信息编入垃圾箱的芯片上即可。但本设计在垃圾分类的基础上还要应对不同的场合创新产品，加入语音识别控制的功能。不过在嘈杂的环境中，通过语音就能够轻松完成垃圾丢弃和垃圾分类的任务，这是对不同环境下的产品设计。

此语音芯片是一款具有PWM输出的OTP语音标准芯片。目前市场上使用比较多的芯片是PWN这种输出方式的OTP芯片，这种输出方式的芯片优点是信号稳定，显著不足为音量不可调。OTP芯片的另外一种输出方式是DAC，这款语音芯片弥补了PWN额不足，播放音量是可以随时进行调整的。芯片共有3个IO 口，只需要一个104电容就可以满足工作所需，成本低廉。因为此产品的元件少所以价格优势十分突出。

（四）红外传感模块和超声波测距模块

传统手动开盖垃圾桶需要使用者用手开盖，在使用过程中难免会直接接触到垃圾桶。若不设置桶盖，垃圾桶的异味会影响人们的生活和工作环境，且无法引导使用者进行正确的垃圾分类。考虑到以上这些问题，本设计采用垃圾桶自动开盖的思路，即可以检测到使用者的靠近，自动唤醒语音系统，通过语音提示，垃圾桶自动打开对应的存储模块。保证使用者在使用过程中，无须直接接触垃圾桶，确保卫生。本次研究涉及的产品使用红外感应和超声波距离检测模块，由微处理器控制，实现OLED屏幕的自动唤醒。

本设计的传感模块是由两个接受与发射红外信号的二极管组成。其中，发射管可以发射一种固定频率的信号，若遇到障碍物使用者会立即反弹，由固定的接收管进行接收，此信号将通过传感器接口返回主机。

超声波测距采用 HC-SR04模块，该传感器精度为3mm，具有低功耗，價格低廉，适用于电池供电的设备等优点。该超声测距传感器模块具有一对脉冲信号发射与接收的超声波传感器，一个用作超声波发射器，发出40khz超声波信号；一个用于接收反射的信号，并产生一个输出脉冲。其包含以下工作原理：离开发射器的超声波脉冲通过空气传播，遇到障碍物后进行反射，被接收器接收，通过时间差和声音传播速度这两大要素，对障碍物和使用者之间的距离进行计算。当桶身与障碍物之间的距离在10～20公分之间时，OLED屏幕将会被唤醒。

（五）垃圾存储箱材质使用

本设计采用美观、延展性极佳的塑料作为外壳，耐高温、耐腐蚀、易清洗的不锈钢作为内胆。为进一步提高垃圾桶安全性，将采用有机硅橡胶附着在不锈钢内胆上。

本设计使用的涂层材料是利用环氧树脂进行改造的有机硅橡胶基体。另一种市面上常用的耐高温涂料是有机硅树脂类，这类材料有着耐高低温性能好，耐候性高、电绝缘性及耐水性也远优于其他材料，但其价格较高，所以没有使用这种材料，而是运用有机硅橡胶实现耐热性、耐化学腐蚀性及力学性能的提升。

五、结语

本设计围绕通过使用智能垃圾桶语音引导群众进行垃圾的智能化分类，提供这一用于解决城市垃圾初步分类难题的对策思路。若本设计投入城市供居民、消费者使用，将有望增强居民、消费者垃圾分类投放的意识，丰富其与垃圾分类相关的知识，缓解垃圾分拣终端的工作压力。与此同时社区将经过初步处理的固态垃圾废品送往城市终端垃圾分拣处，终端垃圾处理中心对运送过来的固态干垃圾做进一步的分拣，进行最终的再生资源回收。本设计适用于全国各类大中城市，有着良好的广阔的应用前景。

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＊基金项目：江苏省大学生创新创业项目（202013571047T）；无锡市科协软课题（KX-21-B09）；江苏高校哲学社会科学研究一般项目（2021SJA0904）；教育部产学合作协同育人项目（202101301063）。

（作者单位：无锡太湖学院。彭岩为通信作者）