安彥旭 隋沐航 范磊 于聯(lián)周 馬一迪

摘 要 智能分類垃圾桶作為一種新型的智能裝備，越來越受到人們的重視。本文從智能分類垃圾桶的發(fā)展現(xiàn)狀、前景分析以及發(fā)展的必要性三方面進行了研究與探索，可以得出智能分類垃圾桶作為有效的輔助工具在未來的一段時間內(nèi)有著良好的發(fā)展前景，并有利于實現(xiàn)保護環(huán)境，和諧發(fā)展的目的。

關(guān)鍵詞 智能分類垃圾桶 物聯(lián)網(wǎng) 智能技術(shù)

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）04-0025-03

互聯(lián)網(wǎng)時代是智能電視、智能手機、智能家居、萬物互聯(lián)的時代，智能技術(shù)因為受到了國家的重視而得到了迅速的發(fā)展。

1 智能技術(shù)

智能化技術(shù)在其應(yīng)用中主要體現(xiàn)在計算機技術(shù)、精密傳感技術(shù)、GPS定位技術(shù)的綜合應(yīng)用。隨著產(chǎn)品市場競爭的日趨激烈，產(chǎn)品智能化優(yōu)勢在實際操作和應(yīng)用中得到非常好的運用，其主要表現(xiàn)在：大大改善了操作者作業(yè)環(huán)境，減輕了工作強度;提高了作業(yè)質(zhì)量和工作效率;一些危險場合或重點施工應(yīng)用得到解決;環(huán)保、節(jié)能;提高了機器的自動化程度及智能化水平;提高了設(shè)備的可靠性，降低了維護成本;故障診斷實現(xiàn)了智能化等。

2 智能垃圾桶的設(shè)計實踐

2.1 智能通垃圾桶研究方向的確立

繼互聯(lián)網(wǎng)興起之后，人工智能技術(shù)成為了外界看好的熱門題材之一。筆者小組經(jīng)過詳細的市場調(diào)研和技術(shù)分析，最終決定以智能分類垃圾桶作為研究開發(fā)對象。小組結(jié)合身邊可以使用的資源，制作了可實現(xiàn)自動垃圾分類投放功能的垃圾桶。

據(jù)天眼查顯示，我國目前有超過1700家智能垃圾桶相關(guān)企業(yè)，主要分布批發(fā)和零售行業(yè)，占比44%。從成立時間上看，我國大部分智能垃圾桶相關(guān)企業(yè)成立于五年內(nèi)，智能垃圾桶市場尚處于早期，存在較大市場余量。在垃圾桶功能方面，消費者對此種類垃圾桶存在不滿態(tài)度的也不在少數(shù)。市面垃圾桶所謂的“智能”主要體現(xiàn)在增加紅外活距離傳感器，在用戶靠近時打開桶蓋讓垃圾投入。而用戶不滿的主要問題集中在垃圾桶智能化程度過低和傳感器過于靈敏，對于周邊環(huán)境抗干擾能力較差。因此小組決定標新立異，選擇與市面上主流產(chǎn)品不同的開發(fā)方向。

2.2 智能垃圾桶功能與外形的選擇

市面上的智能垃圾桶功能普遍止步于自動感應(yīng)開關(guān)蓋，無法做到分類的效果。本組智能分類垃圾桶模型主體結(jié)構(gòu)為長方體，四個角使用尼龍棒作為結(jié)構(gòu)支撐。主題結(jié)構(gòu)采用透明的亞克力板材料，亞克力具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、價格經(jīng)濟、物理強度適中不容易因為剛性沖擊損壞的優(yōu)點。亞克力結(jié)構(gòu)對于腐蝕性物質(zhì)有一定抗性，可以忽視生銹等問題。透明的結(jié)構(gòu)能夠使用戶明確觀察到垃圾桶的內(nèi)存空間，以便及時進行垃圾清理。[1]

為了做到垃圾分類投放，在垃圾桶的頂端設(shè)置了一個舵機，舵機帶動機械鏟斗完成垃圾的承取和投放。垃圾桶下設(shè)4個分區(qū)，分別為：有害垃圾、可回收垃圾、廚余垃圾、其他垃圾。當垃圾放到鏟斗上時，垃圾桶會自動識別垃圾類型，舵機帶動鏟斗移動至特定位置將垃圾倒下。其中，位于垃圾桶中心的四塊電路板控制舵機的運動。

2.3 智能垃圾桶的優(yōu)勢

本組垃圾桶在材料上采用亞克力板，特點是易獲得，壽命長。透明結(jié)構(gòu)有助于使用人員及時觀察并清除垃圾。垃圾投入裝置采用舵機控制，減少了人與垃圾桶零接觸，大大降低了人與致病菌的接觸，保障了用戶的生命健康。電路控制和傳感器能夠使垃圾桶工作達到較高自動化程度，減輕使用者的負擔。

3 智能分類垃圾桶的發(fā)展現(xiàn)狀

智能分類回收垃圾桶可以區(qū)分垃圾的種類，例如區(qū)分有害垃圾與可回收垃圾。目前智能垃圾桶在我國某些地區(qū)已完成試運營，垃圾桶會以可累積信譽的形式，向正確進行垃圾分類投放的用戶給予獎勵。我國科研部門僅用了三年的時間，就做到了通過“互聯(lián)網(wǎng)+”和物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的發(fā)展形式來減輕環(huán)衛(wèi)部門對于垃圾分類問題的壓力。由此可見，智能科技結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展模式具有巨大的潛力和廣闊的未來前景。

合格的智能垃圾桶具有性能穩(wěn)定、使用壽命長（設(shè)計壽命6-10年）、使用方便、操作精準、設(shè)計精密、節(jié)能低耗（耗電是市場同類產(chǎn)品的1/3）等特點。而且其新穎的造型和充滿新鮮感的設(shè)計能為家居裝飾增添多樣的搭配。

除了美觀方面和實用方面，智能分類垃圾桶具有一定的宣傳推廣效果，其智能分類功能可以有效呼吁市民參與到垃圾分類的隊伍中。在減輕了城市垃圾處理壓力的同時也培養(yǎng)了市民自覺進行垃圾分類的責任感。

自2016年起，我國的人工智能技術(shù)就已經(jīng)進入了發(fā)展階段。這項技術(shù)的進步與發(fā)展離不開芯片、儲存器、光纖、移動通信、超算和大數(shù)據(jù)底層技術(shù)的突破。如今人工智能技術(shù)的能力已經(jīng)在很多方面超過了人類，例如手機的語音識別，家中的智能音箱與電腦電視冰箱空調(diào)互聯(lián)等。人臉識別在各行業(yè)的應(yīng)用非常廣泛，如安防教育、金融交通、醫(yī)療、無人駕駛等。越來越多的AI應(yīng)用以潤物無聲的方式出現(xiàn)在這些場景里。正是因為有了“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的存在，人臉識別系統(tǒng)再也不是識別輪廓而是識別瞳孔虹膜和臉部構(gòu)架。[2]

盡管人工智能層被稱為繼互聯(lián)網(wǎng)后下一個能誕生的百億美金巨頭機會，在國家層面也得到了大力的政策支持，但到2019年為止，大眾對于人工智能的熱情并未達到預(yù)期高度，因此當下通用人工智能技術(shù)想要普及還需要一定時間。

智能垃圾分類行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀主要是由于我國生活垃圾量的增長所造成的，以此問題作為驅(qū)動力，AI智能發(fā)展為智能垃圾分類行業(yè)提供基礎(chǔ)，整個產(chǎn)業(yè)鏈才能落實實行。隨著視覺識別技術(shù)的發(fā)展，我國垃圾分類行業(yè)智能分揀效率早已達到人工分揀速度的兩倍。在我國環(huán)保政策下，智能垃圾分類行業(yè)仍有大量市場空間和產(chǎn)品受眾。

4 智能分類垃圾桶的前景分析

人工智能作為新興技術(shù)正在詮釋中國的強大，既顛覆了人們的落后想法，也為新時代科技革命積累更大的能量，改變?nèi)藗兊纳罘绞胶退季S方式。當前很多國家都在發(fā)展人工智能，人工智能技術(shù)已成為未來發(fā)展的主要風向標之一。這股人工智能技術(shù)浪潮掀起主要來源于兩個領(lǐng)域的快速發(fā)展：一是互聯(lián)網(wǎng)的普及所帶來的大數(shù)據(jù)爆發(fā);二是計算機在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用性推廣。采用智能化技術(shù)的垃圾桶未來應(yīng)當符合以下幾個發(fā)展趨勢。

4.1 高速、高精度、高效化

速度、精度和效率是機械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機床的高速、高精度、高效化已大大提高。

4.2 實時智能化

早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W技術(shù)發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實時響應(yīng)的、更現(xiàn)實的領(lǐng)域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領(lǐng)域。

4.3 用戶界面圖像化

用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前Internet、虛擬現(xiàn)實、科學計算可視化及多媒體等技術(shù)，也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用。

4.4 模塊化

硬件模塊化易于實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標準化，根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產(chǎn)品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。

智能垃圾桶的發(fā)明與發(fā)展，一定程度上是因為垃圾桶作為生活中必不可少的物品，有著廣泛的受眾人群和巨大的市場潛力。

據(jù)目前研究成果，可預(yù)測未來智能垃圾桶最核心的部分將由很多模塊合成;由芯片去控制最中心的模塊，隨后由信號檢測的模塊用來檢測垃圾的種類;控制電路模塊用來控制整個桶的開蓋關(guān)蓋。新產(chǎn)品能夠經(jīng)過芯片控制中心模塊分析處理，啟動控制電路模塊做出相應(yīng)動作，語音電路模塊能夠在啟動的時候播放設(shè)定聲音提醒人們保護環(huán)境，整個垃圾桶核心芯片在長時間無反應(yīng)后，電源電路將進入休眠狀態(tài)，單片機進入休眠后完全做到了省電環(huán)保。[3]

對于智能垃圾桶而言，是可以基于想象并且可以實現(xiàn)的，并且集成在另一個更高級的智能工具中，成為我們生活中的智能家居。

大環(huán)境方面，現(xiàn)如今國家的垃圾分類政策越來越完善，同時也進行相繼立法，各地方政府陸陸續(xù)續(xù)為了響應(yīng)政策而實行垃圾分類。由于垃圾分類有多種益處，因此我們需要讓更多群眾去接受并且使用。且智能垃圾分類會使操作更加簡單易懂，所以智能垃圾分類等產(chǎn)品被各大工廠進行生產(chǎn)、投資。政策支持在未來也會為智能垃圾桶類產(chǎn)品創(chuàng)造良好的生存環(huán)境。

對于行業(yè)研發(fā)人員來說，研發(fā)者應(yīng)當對市場需求和市場環(huán)境進行適當了解，使研發(fā)的產(chǎn)品能夠快速產(chǎn)生經(jīng)濟利益。

5 智能垃圾桶發(fā)展的必要性

制作智能垃圾桶的契機是因為傳統(tǒng)垃圾桶存在一些弊端，如垃圾裸露在外不衛(wèi)生，某些帶頂蓋的垃圾桶還需要人工打開，對于傳統(tǒng)垃圾回收工作也造成了較大的麻煩，而近年的疫情風波更加刺激了智能化技術(shù)的發(fā)展。因此，結(jié)合時勢和市場需求，智能垃圾桶應(yīng)運而生。垃圾桶實現(xiàn)智能化可以有效降低接觸感染風險，杜絕細菌病毒與人體的接觸，使用戶身體健康得到了保障。

在產(chǎn)品使用方面，當人的手進入垃圾桶前方指定區(qū)域內(nèi)，垃圾桶就會通過傳感器接收人體紅外線體感溫度，從而失去電荷平衡，將信號傳達給單片機，使垃圾桶自動打開蓋子。如果垃圾桶存在智能識別系統(tǒng)，則會對手中的垃圾再進行一次分類。智能垃圾桶之所以可以實現(xiàn)以上功能是因為其內(nèi)部具有超聲波測距傳感器，此裝置可以解決因油污或者霧氣遮擋識別區(qū)而造成的無法打開蓋子的情況。由此可見，這種垃圾桶具有高效環(huán)保、省時省力特點，完全可以引領(lǐng)一波新的潮流。

現(xiàn)如今的科技發(fā)展日益強大、普及廣泛，使智能分類垃圾桶被投放在更多場合，如商場、醫(yī)院、小區(qū)、街道、學校等，投放的智能垃圾桶深受居民、醫(yī)護人員、師生等各行各業(yè)人士的一致好評。其中，智能垃圾桶對于醫(yī)護人員幫助最大，智能垃圾分類會減少醫(yī)療垃圾對醫(yī)護人員的傷害，加強對醫(yī)護人員身體健康的保護。

因此，智能分類垃圾桶以后將成為應(yīng)用領(lǐng)域中不可或缺的重要部分。

6 智能垃圾桶產(chǎn)生的直接和間接經(jīng)濟效益

1.節(jié)省土地資源：現(xiàn)如今，大量的垃圾處理方式依舊是土地掩埋，因為生活垃圾中有著大量不可降解的物質(zhì)，使土地受到了傷害。所以進行垃圾掩埋的垃圾處理廠用地是不可以恢復的，因此智能垃圾桶能有效減少必要填埋垃圾的數(shù)量。

2.減少環(huán)境污染：由于垃圾分類體系不完善，垃圾中某些會對人類健康造成威脅的成分沒有進行妥善處理，進而對人類身體造成危害?，F(xiàn)如今患有癌癥等疾病的人數(shù)日益增多，其主要原因之一就是未經(jīng)分類垃圾和化學物質(zhì)污染了水源和生態(tài)所導致的。

3.資源回收：垃圾回收沒有合理化應(yīng)用將會出現(xiàn)大量的廢紙廢塑料等，浪費森林資源、土地資源等。使用成熟的垃圾分類設(shè)備和分類體系，將會有助于減少樹木的砍伐，增加可用土地和油氣資源。

4.經(jīng)濟：智能垃圾桶可以加快經(jīng)濟發(fā)展，因為它可以加強企業(yè)的創(chuàng)新理念與企業(yè)進行較強的合作，促進企業(yè)的發(fā)展，并且合理運用資金進行開發(fā)，提高了智能垃圾桶在市場的占有率。

5.社會文化：智能垃圾桶的分類可以加強對社會文化、國家文化以及民族文化的發(fā)展，也是對國家和民族的一種自豪和肯定。智能垃圾桶引入智能語音環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等進行分析，率先進入數(shù)據(jù)運營時代。對于投放錯誤，智能垃圾桶可以進行自動分類，使環(huán)境得到保護，并促進了環(huán)保制造行業(yè)的發(fā)展。

7 結(jié)語

21世紀是智能科技的時代，在當前的國家扶持、企業(yè)支持的良好大環(huán)境下，我國智能科技產(chǎn)業(yè)有著巨大的潛力。在疫情期間，智能垃圾桶作為有效的輔助工具得到了國家及企業(yè)的關(guān)注與重視，在未來的一段時間有著較好的發(fā)展前景。

參考文獻：

[1] 劉建國.我國生活垃圾處理熱點問題分析[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2016，24（01）：1-3.

[2] 孟竺君，倉詩建，田原源.現(xiàn)代城市分類垃圾桶設(shè)計研究[J].設(shè)計，2018（17）：106-107.

[3] 蘇文華，王昕，桂笛，等.現(xiàn)代城市分類垃圾桶設(shè)計探討[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2021（20）：80-82.