基于Arduino的智能垃圾桶设计

褚长城，渠秋会

（山东协和学院 计算机学院 山东 济南 250107）

摘要：该智能垃圾桶完全实现了人工智能技术在实践中的应用，提高了垃圾分类效率，降低了人工处理成本，为保障环境和资源节约做出了实际贡献。通过实验结果表明，该系统的分类和清理准确性均达到了95%以上，执行效率较高，并对开源技术的应用和智能控制系统的设计提供了有益的参考。

关键词：智能垃圾桶  Arduino  垃圾分类

1引言

随着社会发展和人们生活水平的提高，对于生活品质的追求也在不断升级。随着城市建设的发展和进步，人们逐渐认识到环境保护的重要性，尤其是在日常生活中，我们每天都接触各种垃圾。然而，普通垃圾桶在日常生活中也存在着诸多缺陷，例如异味外溢、细菌传播，以及垃圾的大量产生，这些问题导致了资源的极大浪费。为了能够更好地满足人们对于环境的需求，就必须要将垃圾桶进一步的完善，使其可以更加方便地服务于大众。

2国内外研究现状

（1）国外现状

美国：美国早在2012年便开始推出城市管理的智能垃圾桶，2019年洛杉矶市更是投入5000个智能垃圾桶用于垃圾分类管理。

德国：德国的智能垃圾桶采用分段分色分级多重管理机制，分别为生物、压缩、燃烧以及填埋垃圾等，同时还通过检测、分离、分类等技术进一步实现可再利用垃圾的回收。

（2）国内现状

上海：2020年，上海市垃圾治理局共推广6万余个垃圾智能分类投放垃圾桶。

北京：北京市在2021年试运行了2,000个“智慧环卫垃圾桶”，该垃圾桶配备WiFi、循环风干、物联网等一系列智能化设备。

总之，智能垃圾桶得到了国外和国内多地的认可和推广，不仅提高了城市垃圾分类的效率，还能实现智能化投放、清理、分类等功能，推动绿色环保、资源节约的目标，也为智能化城市建设提供了新思路[1]。

3智能分类垃圾桶的研究方向和目标

该系统实现了物联网下的智能化控制，它融合了传感器、通信技术、无线传输技术以及自动控制技术等多种学科技术，形成了一个高度交叉的智能控制系统。本文介绍了该系统的设计与实现方法，并对其进行仿真分析和实际测试，取得良好结果。以下是研究的核心议题：

（1）在桶身外部主体和桶盖上，采用高密度聚乙烯(HDPE)作为基底，并添加金属烤漆工艺，而桶内则采用不锈钢双色桶胆，其中绿色可回收，红色则不可回收。在桶的背后，设置了一个扶手，通过旋转扶手，使内部桶胆向后倾斜约60度，以便回收垃圾袋。接着，将新的回收袋固定在卡槽上，将桶胆推回并关闭扶手。

（2）启动桶盖：利用红外传感器和舵机实现，当红外传感器感知到人手靠近时，将信息传递给开发板，同时启动板将开启命令传递给舵机，舵机开始工作，启动桶盖，并在4至5秒后关闭。

（3）在考虑到人们对垃圾分类的不尽如人意的情况下，我们开启了桶盖，并通过语音提示，引导人们按照垃圾分类进行分类处理。当垃圾桶达到最大容量时，提示人们它已经达到了容量上限。

（4）垃圾分类是一项多维度的任务，它需要考虑垃圾来源、物质成分以及处理方式等多个方面，以实现对垃圾的有效分类。

4研究内容

针对异味溢出问题，应从垃圾桶的结构角度出发，对其密闭性进行优化，以达到最佳解决方案；首先，降低垃圾桶开启和关闭的频率和时间。其次，对于臭味溢入这一问题，从垃圾的物理处理方法出发，通过合理地使用一些化学药物来抑制或降低恶臭气味的生成，从而达到消除或控制臭气污染的目的。此外，针对细菌传播这一议题，需从垃圾袋与人类接触的频率角度进行综合考虑；第三，针对目前市场上常见的一次性塑料袋所存在的一些弊端提出改进意见。针对垃圾大量产生所带来的资源浪费问题，我们可以采用垃圾分类的方式，即通过充分分拣垃圾中的可回收物，将其中具有回收利用价值的废弃物收集起来，从而有效地减少垃圾的来源，同时将收集到的可回收物转化为有价值的资源，从而促进资源的回收和利用，并带来可观的经济效益。

5基于Arduino的智能垃圾桶设计和解决方案

5.1智能垃圾桶设计

利用传感器和图像识别技术，Arduino Unor3智能垃圾桶实现了对垃圾的智能分类识别，并自动开启多个垃圾桶门以实现自动垃圾分类。这样就可以把程序重新写回来。利用图像识别技术，智能垃圾桶的设计实现了垃圾分类的高精度自动化和高效化，从而有效提升了垃圾处理的效率。同时该智能垃圾桶还具有语音播报功能，能够根据用户的指令来播放相应的提示信息以帮助人们更好的理解垃圾的分类情况。

5.2设计方案

（1）主控模块：选择Arduino UnoR3是一个基于ATmega328P芯片的开源电子板，是Arduino公司的一款经典产品。它使用USB串行接口连接到计算机，并使用Arduino IDE编程软件和基本的开发板，可帮助用户快速开发物联网(IoT)原型和项目。Arduino UnoR3拥有14个数字输入/输出引脚，其中6个可作为PWM电平输出，而另外6个则是模拟输入引脚。本文介绍了该系统的设计与实现方法，并对其进行仿真分析和实际测试，取得良好结果。

（2）LD3320语音识别模块：LD3320是一款中文语音识别模块，具有以下特点：

①高精度的语音识别;

②支持离线识别;

③支持串口和SPI接口;

④预制多个中文语音指令;

⑤多种语音输出方式;

（3）SYN6228语音合成模块：SYN6288语音合成模块是一种语音合成设备，其可实现文字转语音功能，将输入的文字信息通过内部的处理和合成，输出相对应的语音信息。

（4）舵机模块：主要使用舵机来控制垃圾桶盖的开启和关闭。舵机是一种特殊的电机，它通常由马达、减速机、编码器和控制电路组成，主要用于精确控制角度，具有控制精度高、响应速度快等特点。

（5）超声波测距模块：超声波传感器是一种基于超声波技术实现的无需接触的距离测量装置。该芯片是一款用于数字电路的通用集成器件。该装置由一个发射器和一个接收器构成，前者会释放高频超声波，后者经过目标物体反弹后被接收器接收并转化为电信号，随后通过计算机或微处理器进行信号处理、数据采集和处理[3]。

6结束语

智能垃圾桶的设计实现了垃圾分类的高精度自动化和高效化，从而有效提升了垃圾处理的效率。同时该智能垃圾桶还具有语音播报功能，能够根据用户的指令来播放相应的提示信息以帮助人们更好的理解垃圾的分类情况。

参考文献：

【1】鞠海翔，樊东燕.公共场所智能垃圾桶系统的设计[J]山西电术,2017(6);28-31.

【2】吴晓云，徐佳.基于物联网的公共智能垃圾桶[J]系统仿真技术,2018,14(3):227-230.

【3】崔明珠,董玉华,陈冰,等.景区智能垃圾桶的设计[J].智能计算机与应用,2019(6):24-126.

【4】田梅，叶波.语音提醒、防垃圾溢出智能垃圾桶系统总体方案设计[J].科技经济市场,2019(5)23.

【5】Ahmed Sabbr,Mubarak Sameer,Du Jia Tina,Wibowo Santoso. Forecasting the Status of Municipal Waste in Smart Bins Using Deep Learning[J]. International Journal of Environmental Research and Public Health,2022,19(24).

作者简介：褚长城，2000年11月出生，男，汉族，大学本科，现就读于山东协和学院，专业：电子信息工程。

渠秋会，1981年7月出生，女，汉族，硕士毕业于山东大学，山东协和学院计算机学院教师，副教授，主要研究方向:电子信息工程、电气工程与自动化。