一种垃圾识别投放装置及其控制方法

本发明属于城市生活垃圾分类技术领域，特别涉及一种垃圾识别投放装置及其控制方法。

背景技术：

近年来“垃圾围城”困境、温室气体排放增多及全球气候变暖与垃圾的不当处理有密切关系；垃圾分类可以有效利用垃圾，缓解资源稀缺问题，降低环境污染；实现对垃圾分类收集，可以有效地降低垃圾处理的成本，简化垃圾的处理工艺，提升垃圾的资源利用率，有效地提升垃圾的利用价值；但现有的垃圾投放标准和垃圾分类装置普及率较低，无法激发人民群众的垃圾分类投放积极性，也不能满足人们对于安全、卫生地投放垃圾的愿望，垃圾分类效果较差。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种垃圾识别投放装置及其控制方法，以解决现有的垃圾分类装置，需依靠人为主观判断，垃圾分类效果较差的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种垃圾识别投放装置，包括柜机、投放机构、转盘、转盘驱动机构、多个垃圾存放桶、垃圾识别模块及控制器模块；

柜机固定在地面上，柜机包括机架；机架的底部设置柜机底板，转盘转动设置在柜机底板上，转盘驱动机构设置在柜机底板的底部，转盘驱动机构的输出端与转盘连接；多个垃圾存放桶均匀设置在转盘上；

机架的中部设置有柜机中板，柜机中板上设置垃圾投放口；投放机构设置在柜机中板上，投放机构包括投放支架、投放挡板及挡板驱动机构；投放支架设置在垃圾投放口的上方，投放支架的一侧设置有垃圾进口；投放挡板转动设置在柜机中板的下方，且位于垃圾投放口处；挡板驱动机构的输出端与投放挡板连接；

垃圾识别模块安装在投放支架的顶部，且位于垃圾投放口的正上方；垃圾识别模块用于识别待投放垃圾种类及数量，垃圾识别模块的输出端与控制器模块的输入端连接，控制器模块的输出端分别与转盘驱动机构及挡板驱动机构连接。

进一步的，还包括超声波传感器，超声波传感器设置在垃圾存放桶中，且位于垃圾存放桶的内壁预设高度位置处；超声波传感器的输出端与控制器模块连接。

进一步的，还包括蜂鸣器及警示信号灯；蜂鸣器及警示信号灯分别安装在柜机的外壳上，蜂鸣器及警示信号灯的输入端分别与控制器模块连接。

进一步的，警示信号灯采用rgb灯。

进一步的，还包括显示模块；显示模块设置在柜机的外侧，显示模块的输入端与控制器模块连接。

进一步的，转盘驱动机构采用舵机。

进一步的，控制器模块采用arduino单片机，垃圾识别模块采用openmv摄像头。

进一步的，垃圾存放桶的数量为四个，四个垃圾存放桶的底部固定在转盘的上表面，垃圾存放桶的顶部设置开口。

本发明还提供了一种垃圾识别投放装置的控制方法，包括以下步骤：

当上一次垃圾投放完成后，挡板驱动机构驱动投放挡板旋转，投放挡板对柜机中板的垃圾投放口进行封闭；当前垃圾投放时，将待投放垃圾置于柜机中板的垃圾投放口处，待投放垃圾暂存于投放挡板上方；垃圾识别模块对暂存在投放挡板上的待投放垃圾进行识别，获取待投放垃圾的图片信息，与其预存垃圾图样进行比对，并将比对结果传输至控制器模块，控制器模块根据接收的比对结果，获取垃圾投放种类及重量信息，并输出投放指令；挡板驱动机构及转盘驱动机构接收投放指令后，转盘驱动机构驱动转盘转动，使与待投放垃圾种类对应的垃圾存放桶正对垃圾投放口设置；之后，挡板驱动机构驱动投放挡板旋转，开启垃圾投放口，待投放垃圾进入到预定垃圾存放桶中，完成一次垃圾投放。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种垃圾识别投放装置及其控制方法，通过在投放机构上设置垃圾识别模块，利用垃圾识别模块对待投放垃圾进行识别，与其预存的垃圾分类标准进行对比，并将对比结果传输至控制器模块，控制器模块根据对比结果控制转盘驱动机构转动，进而驱动转盘带动垃圾存放桶转动，将对应分类标准的垃圾存放桶转动至垃圾投放口的下方，并控制投放挡板开启，对待投放垃圾进行妥投。

进一步的，通过在垃圾存放桶中设置超声波传感器，利用超声波传感器检测垃圾存放桶的存储状态，并将存储状态传递至控制器模块，实现了对垃圾存放桶的实时检查，便于对垃圾存放桶内收集的垃圾及时清理搬运。

进一步的，通过设置蜂鸣器及警示信号灯，能够对垃圾识别投放装置的运行状态及时通过语音或灯光的效果传递至用户，便于投放装置的日常维护和使用。

进一步的，通过设置显示模块，利用显示模块能够显示垃圾分类视频信息，向用户普及垃圾分类常识，并能显示投放垃圾的状态信息，适用范围较广。

进一步的，垃圾识别模块采用openmv摄像头，能够集成众多图像处理算法，在垃圾识别过程用户能够直接调用进行垃圾识别分类，成本较低，识别精度较高。

综上，本发明所述的垃圾识别投放装置及其控制方法，结构简单，使用方便，适用于对于垃圾有分类需求的城市施行，能够有效提升用户分类对投放垃圾的积极性，并对用户投放时会产生的安全问题做出了解决；提高了垃圾分类的效率，大大降低了成本。

附图说明

图1为本发明所述的垃圾识别投放装置的整体结构示意图；

图2为本发明所述的垃圾识别投放装置的内部结构示意图；

图3为本发明所述的垃圾识别投放装置的倾斜结构示意图；

图4为本发明所述的垃圾识别投放装置的正视图；

图5为本发明所述的垃圾识别投放装置的俯视图；

图6为本发明所述的垃圾识别投放装置的侧视图；

图7为本发明所述的垃圾识别投放装置的后视图；

图8为实施例1中所述的垃圾识别投放装置的工作流程图；

图9为实施例2中所述的垃圾识别投放装置的工作流程图。

其中，1柜机，2投放机构，3转盘，4转盘驱动机构，5垃圾存放桶，6超声波传感器，7垃圾识别模块，8控制器模块，9电源模块，10显示模块，11蜂鸣器，12警示信号灯；101机架，102柜机底板，103柜机中板；201投放支架，202投放挡板。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如附图1-7所示，本发明提供了一种垃圾识别投放装置，包括柜机1、投放机构2、转盘3、转盘驱动机构4、多个垃圾存放桶5、超声波传感器6、垃圾识别模块7、控制器模块8、电源模块9、显示模块10、蜂鸣器11及警示信号灯12。

柜机1固定在地面上，柜机1包括机架101；机架101的底部设置柜机底板102，转盘3转动设置在柜机底板102上，转盘驱动机构4设置在柜机底板102的底部，转盘驱动机构4的输出端与转盘3连接；多个垃圾存放桶5均匀设置在转盘3上；优选的，转盘驱动机构4采用舵机；电源模块9分别与转盘驱动机构4、挡板驱动机构、垃圾识别模块7、控制器模块8、显示模块10、蜂鸣器11及警示信号灯12连接，用于为转盘驱动机构4、挡板驱动机构、垃圾识别模块7、控制器模块8、显示模块10、蜂鸣器11及警示信号灯12供电。

机架101的中部设置有柜机中板103，柜机中板103上设置垃圾投放口；投放机构2设置在柜机中板103上，投放机构2包括投放支架201、投放挡板202及挡板驱动机构；投放支架201设置在垃圾投放口的上方，投放支架201的一侧设置有垃圾进口；投放挡板202转动设置在柜机中板103的下方，且位于垃圾投放口处；挡板驱动机构的输出端与投放挡板202连接，用于驱动投放挡板202转动；优选的，投放挡板202采用下翻开启方式。

垃圾识别模块7安装在投放支架201的顶部，且位于垃圾投放口的正上方；垃圾识别模块7用于识别待投放垃圾种类及数量，垃圾识别模块7的输出端与控制器模块8的输入端连接，控制器模块8的输出端分别与转盘驱动机构4及挡板驱动机构连接。

超声波传感器6设置在垃圾存放桶5中，且位于垃圾存放桶5的内壁预设高度位置处；超声波传感器6的输出端与控制器模块8连接；蜂鸣器11及警示信号灯12分别安装在柜机1的外壳上，蜂鸣器11及警示信号灯12的输入端分别与控制器模块8连接；优选的，警示信号灯12采用rgb灯；显示模块10设置在柜机1的外侧，显示模块10的输入端与控制器模块8连接；优选的，控制器模块采用arduino单片机，垃圾识别模块7采用openmv摄像头。

本发明中，垃圾识别模块7采用openmv摄像头，openmv摄像头作为应用机器视觉的开发组件，能够集成众多图像处理算法，用户能够直接调用算法进行众多机器视觉方面的应用；openmv摄像头与arduino单片机通过串口通讯方式；本发明中，openmv摄像头的内置主控芯片的型号为stm32f765vit6，主频为216mhz，颜色识别的平均帧率每秒在85-90帧；openmv摄像头的感光元件为ov7725，像素为30万，分辨率为640*480；本发明中openmv摄像头内设sd存储卡，用于预存不同类型的若干垃圾图样，例如可回收垃圾图样、有害垃圾图样、厨余垃圾图样及其他垃圾图样；openmv摄像头的输出终端输出能够输出对应垃圾的字符串，即垃圾英文名称；同时输出垃圾类型，即recycle、hazardous、kitchen及dry；再由arduino单片机处理数据，并将对应垃圾名称数据传入显示模块，将垃圾类型数据传入转盘驱动机构与挡板驱动机构；在使用前期，openmv摄像头内部的神经网络进行自我更新、升级，以达到高精度的垃圾识别；垃圾满载以体积为标准，具体实施方案为：超声波传感器实时发射超声波，探测垃圾高度，若超过桶内容积80％，则将数据反馈到arduino单片机，并控制显示屏显示满载，蜂鸣器报警，rgb灯变为红色；本发明中的openmv摄像头价格低廉且内置功能丰富，有多种图像处理算法。

本发明中，垃圾存放桶的数量为四个，分别用于可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾及其他垃圾，四个垃圾存放桶的底部固定在转盘3的上表面，垃圾存放桶的顶部设置开口。

本发明还提供一种垃圾识别投放装置的控制方法，包括以下步骤：

当上一次垃圾投放完成后，挡板驱动机构驱动投放挡板旋转，投放挡板对柜机中板103的垃圾投放口进行封闭；当前垃圾投放时，将待投放垃圾置于柜机中板103的垃圾投放口处，待投放垃圾暂存于投放挡板上方；垃圾识别模块7对暂存在投放挡板上的待投放垃圾进行识别，获取待投放垃圾的图片信息，并对图片信息与垃圾识别模块7中预存的垃圾图样进行对比，输出对比结果，将对比结果传输至控制器模块8，控制器模块8根据对比结果，获取垃圾投放种类及重量信息，并输出投放指令；挡板驱动机构及转盘驱动机构4接收投放指令后，转盘驱动机构4驱动转盘转动，使与待投放垃圾种类对应的垃圾存放桶正对垃圾投放口设置；之后，挡板驱动机构驱动投放挡板旋转，开启垃圾投放口，待投放垃圾进入到预定垃圾存放桶中，完成一次垃圾投放。

工作原理及工作过程

本发明所述的一种垃圾识别投放装置的工作原理，具体如下：

使用前期，垃圾识别模块内置的神经网络进行自我更新、升级，以达到高精度的垃圾识别效果；在工作状态时，即用户将待投放垃圾置于垃圾投放口处，垃圾识别模块采集待投放垃圾的图片信息，并与其预存的垃圾图样进行比对，完成垃圾识别工作，其输出终端输出对应的垃圾的英文名称及类别英文名称字符串至控制器模块，再由控制器模块进行数据处理，并传输垃圾名称数据信息至显示模块显示垃圾名称，传输投放指令至转盘驱动机构；转盘驱动机构根据接收的投放指令旋转对应角度；即判断是否为可回收垃圾，若是，则顺时针旋转45°，使储存可回收垃圾的垃圾存放桶的开口正对垃圾投放口；若否，则进行下一步判断；接着，判断是否为有害垃圾，若是，则顺时针旋转135°，使储存有害垃圾的垃圾存放桶的开口正对垃圾投放口；若否，则进行下一步判断；接着，判断是否为厨余垃圾，若是，则顺时针旋转225°，使储存厨余垃圾的垃圾存放桶的开口正对垃圾投放口；若否，则判断为其他垃圾，并顺时针旋转315°，使储存其他垃圾的垃圾存放桶的开口正对垃圾投放口；最后，控制器模块控制旋转投放挡板打开，待投放垃圾落入对应垃圾存放桶内，并反馈数据到控制器模块进行处理，并传输数据到显示模块、挡板驱动机构及转盘驱动机构，由显示模块显示某垃圾投放成功，投放挡板恢复水平位置，转盘驱动机构控制转盘逆时针旋转，至恢复原位；超声波传感器实时发射超声波，探测垃圾高度，若超过桶内容积80％，则将数据反馈到控制器模块，并控制显示屏显示满载，蜂鸣器报警，rgb灯变为红色，以提示工作人员及时清理更换垃圾存放桶；一次投放即结束，并进入闲置状态，显示屏播报环保宣传视频，用于培养市民环保意识。

实施例1

如附图1-8所示，本实施例提供了一种垃圾识别投放装置，包括柜机1、投放机构2、转盘3、转盘驱动机构4、四个垃圾存放桶5、超声波传感器6、垃圾识别模块7、控制器模块8、电源模块9、显示模块10、蜂鸣器11、警示信号灯12及面包板。

柜机1作为结构承载单元，结构承载单元用于将整个装置承载于一体；投放机构2作为暂存投放单元，设置在柜机中板103上，用于暂时接收用户投放的垃圾；四个垃圾存放桶4作为最终存放单元，用于存放和堆积垃圾，将用户投放的垃圾分类收集，便于集中处理。

投放挡板及挡板驱动机构作为旋转机构单元，投放挡板设置柜机1的垃圾投放口下端，当挡板驱动机构接收到控制器模块1的投放指令后，驱动投放挡板转动，开启垃圾投放口，待投放垃圾在重力作用下，自由落下至对应垃圾存放桶中；垃圾识别模块7采用openmv摄像头，垃圾识别模块7作为识别机构单元，用户提交信息后对投放挡板上的垃圾进行识别，并将信息传输到控制器模块中处理数据；电源模块9作为电源机构单元，用于为整个装置提供电能。

显示模块采用显示屏，显示屏在无人操作时会播放环保宣传片，提高人们的环保意识，在工作时会显示投放垃圾信息及垃圾桶占用情况；蜂鸣器11及警示信号灯12作为报警机构单元，垃圾存放桶体积占用超过80％时，蜂鸣器会报警，警示信号灯会闪烁红光，警告用户垃圾桶已满载，请勿投放垃圾。

控制器模块设置在柜机中板上，控制器模块采用arduino单片机，用于处理来自各部件的信息数据，并作出相应的反馈；位于垃圾桶内部的超声波传感器，随时监测垃圾桶占用情况，一旦占用超过80％，即传输数据到arduino单片机，再由arduino单片机传输数据给报警机构单元，即蜂鸣器报警和rgb灯闪烁红灯；控制器模块、垃圾识别模块、蜂鸣器及警示信号灯之间通过面包板实现连接。

控制方法及工作原理

本实施例1所述的一种垃圾识别投放装置的控制方法，具体包括以下步骤：

s1、空闲时柜机上方的显示模块会播放垃圾分类宣传片，若投放口处无垃圾，且上一次投入的垃圾已进入垃圾存放桶，并由超声波传感器实时检测，若超声波传感器检测出现满载，则在显示模块上提示满载，同时蜂鸣器报警，警示信号灯显示报警信号灯。

s2、投放垃圾时，将待投放垃圾放置于垃圾投放口，垃圾投放口上方的垃圾识别模块将对垃圾种类及数量进行智能识别与判断。

此时，若投放的垃圾数量为一个，垃圾识别模块判断待投放垃圾的种类，将信息传送到控制器模块，控制下方相应垃圾桶旋转至投放口下方，投放口挡板打开，垃圾掉入垃圾存放桶，并将该种类垃圾数量加一；

若投放的垃圾个数为多个，摄像头将选取其中体积最大的一个，判断待投放垃圾的种类和位置，将信息传送到控制器模块，控制下方相应垃圾桶旋转至投放口下方，投放挡板旋转打开，使待投放垃圾掉入相应垃圾存放桶，并将该垃圾数量加一，并重复步骤二；

s3、显示模块依次显示垃圾类别、数量及重量，任务完成情况，满载情况。

本发明的实施例1使用时，首先观察显示模块上是否显示已满载信息，若为垃圾分类宣传片则将待投放垃圾投入垃圾投放口，垃圾投放口内顶部的垃圾识别模块对垃圾数量及种类进行判别，若垃圾数量为1，则将数据信息传递给arduino单片机，arduino单片机进行数据处理，调动与垃圾存放桶连接的舵机，按照垃圾种类将相应的垃圾桶存放旋转至垃圾投放口下方，投放挡板打开，垃圾掉落，通过超声波传感器检测，垃圾数量加1；若垃圾数量大于1，则垃圾识别模块识别其中体积最大的垃圾种类，将数据传输给arduino单片机，如下同垃圾数量为1时动作步骤。

若垃圾桶内垃圾超过80％时，通过超声波传感器检测将数据传输给arduino单片机，经数据处理，屏幕上显示满载提示，同时蜂鸣器报警。

实施例2：

如附图1-7及附图9所示，本实施例2提供了一种垃圾识别投放装置；实施例2是在实施例1的基础上，在控制部分增加了智能语音装备，可以人为地进行语音输入，同时能得到设备的语音答复；除了回复输入的语音之外，对自身的状态也可以进行播报，如：在垃圾桶达到80％时，除了屏幕显示满载信号，语音也会进行播报，提示及时清运垃圾；在语音控制的同时，也可以通过屏幕显示内容及自身状态的自发播报，使得人机交互性更加强大。

本发明的实施例2使用时，首先观察显示模块上是否显示已满载信息，若为垃圾分类宣传片则将待投放垃圾投入垃圾投放口，垃圾投放口内顶部的垃圾识别模块对垃圾数量及种类进行判别，将数据信息传递给控制器模块，控制器模块进行数据处理，同时可语音输入：判别垃圾种类及数量；此时显示模块上将显示相关信息并语音播报该垃圾属于可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾或其他垃圾，与此同时，数据处理后已知垃圾数量及种类，如下同实施例1动作步骤。假如垃圾为厨余垃圾并数量有多个，此时识别其中最大体积的垃圾种类为厨余垃圾，通过控制器模块数据处理，控制垃圾存放桶底部舵机动作，使厨余垃圾桶旋转至投放口下方，投放挡板旋转打开，待投放垃圾掉落并超声波传感器进行桶内垃圾容量检测，若桶内容量达80％，此时屏幕显示满载，同时语音进行播报提示满载及尽快清理信息，蜂鸣器报警；若桶内容量未达80％，则无满载提示，同时显示模块继续播放垃圾分类宣传片。

上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。