基于AI的智能垃圾分类系统

何修哲 张玺皓 胡健

宿州学院机械与电子工程学院 安徽 宿州 234000

【摘要】“十三五”期间我国的垃圾分类工作作为国家生态文明建设、城市环境保护、资源回收再利用的重要一环，取得了辉煌的成绩。但是进入“十四五”期间随着垃圾分类工作的稳步推进与深化，城镇的生活垃圾分类和处理设施开始暴露出了一些问题。本系统结合AI技术提高了设施的智能化与现代化程度。可以对周围环境与桶内情况进行实时智能监测，并且改进了设施的交互方式，使得操作更加简单、智能，并且利用了边缘计算技术使得系统部署更加简便、快捷，加快了建立支持分类投放、分类收集、分类运输、分类处理的生活垃圾处理系统的部署速度。

【关键字】嵌入式、垃圾分类、人工智能

1引言

当今社会，人们在追求经济高速发展的同时，也开始不断地追求生活的舒适。同时，近年来,随着经济社会发展、城市规模扩大,生活垃圾的产生量不断增加。早在“十三五”期间，我国就有46个重点城市开展生活垃圾分类先行先试、示范引导，居民小区覆盖率达到86.6%，基本建成了生活垃圾分类投放、分类收集、分类运输、分类处理系统，探索形成了一批可复制、可推广的生活垃圾分类模式和经验。全国生活垃圾分类收运能力约50万吨/日，餐厨垃圾处理试点工作稳步推进，厨余垃圾处理能力有较大提升[1]。

但是目前大部分城镇生活垃圾分类和处理设施依旧还存在着处理能力不足、存量填埋设施环境风险隐患大、管理体制机制不健全等急需改进的问题。主要是现有收运和处理设施体系难以满足分类要求，分类收运设施存在突出短板。

如今“撤桶并点”已成为垃圾分类的新模式，并已在北京、杭州、长沙、宿迁等市成功试点。“撤桶并点”，顾名思义是将大量的、分散的垃圾桶撤除，合并放置在专门的点位，实现分类垃圾桶精准投放、集中管理、减少收运源头。

本系统则致力于设计了一个智能垃圾分类回收站点，提高了垃圾分类回收的效率令我们在公共空间或家庭等场所能够享受更加干净整洁的环境，使得城市的风貌更加文明明亮，助力对资源的回收和循环利用。

2 系统结构

本系统主要由三个部分构成，一是AI视觉系统，由K210主控模块、显示模块、物体放置平台组成。二是AI语音系统，由LD3320语言识别模块、声音采集模块组成。三是智能垃圾桶系统，由Raspberry pico主控模块、人体红外感应模块、超声波测距模块、电机驱动模块、大扭力舵机组成。

AI视觉系统负责对平台上的垃圾进行识别并分类，并显示垃圾的分类结果提示使用者，以便使用者对垃圾进行正确投放。AI语音系统负责与使用者进行语言交互并与pico通信达到语言控制垃圾桶的功能，包括开关指定垃圾桶、语言唤醒、系统关键词设定等功能。智能垃圾桶系统负责整个站点的数据交互、根据语言指令操控电机令垃圾桶完成相应动作、人体感应、垃圾超限报警等功能。

3 系统方案

摄像头采集放置平台上的图像信号，将信号传输至K210经过内置的垃圾分类模型进行识别，识别成功后根据分类结果控制LCD屏显示不同颜色提示使用者分类结果。使用者可以通过语音指令打开相应的垃圾桶。

图1 流程图

4 硬件设计

4.1主控芯片

AI视觉系统选用K210作为主控，该芯片采用RISC-V开源指令集架构， 是一个600Mhz双核64位处理器，两个核心均支持双精度指令加速，内置支持CNN加速的KPU，0.3W的功耗算力高达1TOPS。AI语音系统选用Raspberry Pi pico作为主控模块与LD3320通信并且控制舵机、超声波等传感器。

4.2 AI视觉系统

本系统在K210的基础上选用OV5640摄像模组作为图像采集模块，OV5640最高支持QSXGA(500W)图像尺寸输出，具有自动曝光、自动白平衡、等功能。利用一块2.4寸的LCD屏显示分类结果。

4.3 AI语音系统

本系统选用LD3320语音识别模块配合Raspberry Pi pico实现语音控制功能，该模块敏度高、可靠性强、支持中英文最高50条语音指令、4条控制指令、仅0.3W的静态功耗非常适合电池供电的产品。

5 结语

本文介绍了基于Raspberry Pi pico与K210的智能垃圾分类系统的设计方案，实现了垃圾分类、语音控制等功能，这款新型智能垃圾分类系统有助于城市垃圾分类的推广，可以改善人们的生活环境，具有不错的发展前景。

参考文献：

[1]发展改革委、住房城乡建设部，《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》,2021.5.6

基金项目：“宿州学院国家级大学生创新创业训练计划项目资助”：宿州学院2021年国家级大学生创新训练项目，

项目编号：202110379005