智能城市废物箱的制作方法

本发明涉及一种智能城市废物箱。

背景技术：

传统的城市废物箱，仅具有垃圾废物装载功能，不注重与现代智能设备相结合，功能单一。虽然设立了可回收和不可回收垃圾桶，但市民一般并不会垃圾进行分类丢放，而且常常有垃圾溢出现象，严重破坏了市容市貌。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供的智能城市废物箱，垃圾的分类更加细致，集成了更多便民的装置，使用太阳能发电，无需挖沟布线，安装维护简便。

本发明提供的一种智能城市废物箱，包括：太阳能电池板、上箱体、下箱体和底座；所述太阳能电池板通过支架安装在所述上箱体顶部；所述上箱体正面和背面均设有可打开的广告灯箱；所述下箱体设置在所述上箱体下部，所述下箱体的中间从上到下依次设有语音播放器、烟头投放槽、灭烟标识，所述下箱体侧面设有废旧电池投放槽，所述下箱体内部左右对称设有两个废物箱内桶，所述下箱体上开有与所述废物箱内桶对应的可回收垃圾投放口和不可回收垃圾投放口，所述下箱体上设有红外线传感器，所述红外线传感器与所述语音播放器连接，所述语音播放器用于当所述红外线传感器检测到有垃圾丢入时发出语音；所述上箱体内部设有太阳能充放电控制器、蓄电池、智能时控开关、手动开关，所述太阳能电池板与所述太阳能充放电控制器连接，所述太阳能充放电控制器与所述蓄电池连接，所述太阳能充放电控制器通过所述手动开关与所述红外线传感器、所述语音播放器连接，所述太阳能充放电控制器通过所述智能时控开关与所述广告灯箱内的照明装置连接；所述底座与所述下箱体底部连接。

优选地，还包括第一挡板、第二挡板、第一微型电机、第二微型电机、第一驱动电路、第二驱动电路；所述第一挡板的上边沿与所述可回收垃圾投放口的上边沿轴连，所述红外线传感器、所述第一驱动电路和所述第一微型电机顺序连接，所述第一微型电机的输出轴连接所述第一挡板的轴；所述第二挡板的上边沿与所述不可回收垃圾投放口的上边沿轴连；所述第二挡板的上边沿与所述不可回收垃圾投放口的上边沿轴连，所述红外线传感器、所述第二驱动电路和所述第二微型电机顺序连接，所述第二微型电机的输出轴连接所述第二挡板的轴。

优选地，所述下箱体上还设置有摄像头，所述摄像头与图像识别模块连接，所述图像识别模块连接所述第一驱动电路、所述第二驱动电路和所述语音播放器；所述摄像头用于获取识别区域内的图像；所述图像识别模块用于对图像中的垃圾进行分类，若识别为可回收垃圾，则通过所述第一驱动电路打开所述第一挡板，若识别为不可回收垃圾，则通过所述第二驱动电路打开所述第二挡板，若识别为电池，则通过所述语音播放器进行播报。

优选地，在所述下箱体内设有紫外线灭菌灯，所述紫外灭菌灯通过所述智能时控开关与所述太阳能充放电控制器连接。

优选地，所述上箱体的侧面上部设有WiFi装置，所述太阳能充放电控制器通过所述手动开关与所述WiFi装置连接。

优选地，所述上箱体正面的上部设有监控装置，所述太阳能充放电控制器通过所述手动开关与所述监控装置连接。

优选地，所述上箱体的侧面下部设有手机充电插座，所述太阳能充放电控制器通过所述手动开关与所述手机充电插座连接，所述手机充电插座的充电口处安装有翻盖式防水盖板。

优选地，所述广告灯箱的面板和所述上箱体之间设有活动伸缩支撑杆，所述活动伸缩支撑杆用来固定打开后的所述广告灯箱的面板。

优选地，所述上箱体和所述下箱体均采用聚丙烯板制成。

优选地，所述废物箱内桶底部装有滚轮。

附图说明

图1为本发明实施例提供的智能城市废物箱的正面示意图；

图2为本发明实施例提供的智能城市废物箱的侧面示意图；

图3为本发明实施例提供的智能城市废物箱的另一侧面意图；

图4为本发明实施例提供的智能城市废物箱的内部结构示意图；

图5为本发明实施例提供的智能城市废物箱的电路连接示意图；

图6为太阳能充放电控制器的电路框图；

图7为BUCK电源变换电路原理图。

附图标记：

1-太阳能电池板；2-上箱体；3-下箱体；4-底座；5-支架；6-广告灯箱；7-广告灯箱的面板；8-锁具；9-活动伸缩支撑杆；10-语音播放器；11-烟头投放槽；12-灭烟标识；13-废旧电池投放槽；14-废物箱内桶；15-可回收垃圾投放口；16-不可回收垃圾投放口；17-挡板；18-紫外线灭菌灯；19-WiFi装置；20-手机充电插座；21-监控装置；22-照明装置；23-滚轮；24-膨胀螺丝；25-红外线传感器；26-太阳能充放电控制器；27-蓄电池；28-智能时控开关；29-手动开关。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1所示，本发明实施例提供的智能城市废物箱，包括：太阳能电池板1、上箱体2、下箱体3和底座4。太阳能电池板1通过支架5安装在上箱体2顶部，支架5为可活动的支架，能够使太阳能电池板1在一定角度范围内转动，方便调条太阳能电池板1与太阳光线之间的夹角，提高太阳能的转化效率。如图4所示，上箱体2内部设有太阳能充放电控制器26、蓄电池27、智能时控开关28、手动开关29，太阳能电池板1的输出引线与太阳能充放电控制器26连接，太阳能充放电控制器26与蓄电池27连接，智能城市废物箱内的用电装置均通过智能时控开关28或手动开关29与太阳能充放电控制器26连接，具体电路连接如图5所示。太阳能充放电控制器26用于将太阳能电池板1输出的电能存储到蓄电池27内，并根据用电装置的用电情况调节蓄电池27的输出电流，保证用电安全，提高太阳能电池板1、蓄电池27的使用寿命。下箱体3设置在上箱体2下部，可将上箱体2和下箱体3焊接在一起，底座4与下箱体3底部连接，底座4用于将整个智能城市废物箱固定在地面上，如图4所示，底座4采用10mm铁板制成，通过若干个膨胀螺丝24与混凝土地面固定。本实施例的智能城市废物箱使用太阳能发电，无需挖沟布线，安装简便，使用的是清洁能源，使用安全，方便维护。

上箱体2正面和背面均设有可打开的广告灯箱6。广告灯箱6内设置有照明装置22，照明装置22与智能时控开关28连接，通过智能时控开光控制照明装置22的打开和关闭，实现夜间照明，既能提升广告灯箱6的效果，又能增加城市照明，还能方便市民夜间寻找废物箱丢入垃圾。如图2所示，广告灯箱6正面下方装有锁具8，用于打开广告灯箱6，广告灯箱6的面板7和上箱体2之间设有活动伸缩支撑杆9，活动伸缩支撑杆9用来固定打开后的广告灯箱6的面板7，以方便更换广告灯箱6内的广告海报。

下箱体3主要用来实现垃圾分类的功能。如图1所示，下箱体3的中间从上到下依次设有语音播放器10、烟头投放槽11、灭烟标识12，下箱体3侧面设有废旧电池投放槽13，下箱体3内部左右对称设有两个废物箱内桶14，下箱体3上开有与废物箱内桶14对应的可回收垃圾投放口15和不可回收垃圾投放口16，下箱体3在废物箱内桶14对应的位置设有挡板17，挡板17有一边的侧边与下箱体3相互铰接，挡板17可以通过锁具8打开，废物箱内桶14底部装有滚轮23，环卫工人清理废物箱内桶14的垃圾时更加省力，便捷。下箱体3上设有红外线传感器25，红外线传感器25与接语音播放器10连接，红外线传感器25与接语音播放器10通过手动开关29与太阳能充放电控制器26连接，当红外线传感器25检测到有垃圾丢入时触发接语音播放器10进行播报，发出“谢谢”、“保护环境人人有责”等声音，与市民互动，有利于提升市民的环保意识。本实施例的智能城市废物箱垃圾分类更加细化，再原先只有可回收和不可回收的两大类上，增加了废旧电池回收功能，还设立了单独的烟头投放槽11，设有灭烟标识12，提醒市民将烟头丢入烟头投放槽11，从而有效减少未熄灭的烟头丢入废物箱内桶14，避免造成废物箱烧毁、毁坏。

本实施例的智能城市废物箱还包括第一挡板、第二挡板、第一微型电机、第二微型电机、第一驱动电路、第二驱动电路。第一挡板的上边沿与可回收垃圾投放口15的上边沿轴连，红外线传感器25、第一驱动电路和第一微型电机顺序连接，第一微型电机的输出轴连接第一挡板的轴。第二挡板的上边沿与不可回收垃圾投放口16的上边沿轴连；第二挡板的上边沿与不可回收垃圾投放口16的上边沿轴连，红外线传感器25、第二驱动电路和第二微型电机顺序连接，第二微型电机的输出轴连接第二挡板的轴。第一挡板和第二挡板在闭合状态下可完全遮挡住可回收垃圾投放口15和不可回收垃圾投放口16，可保证箱内的气味不会散发出来，保证周围环境的整洁美观，进一步地，可在第一挡板和第二挡板与下箱体3接触的边沿设置密封胶条，既可以进步对垃圾箱进行密封，也可以在第一挡板和第二挡板的开闭过程中形成一定缓冲，减少损坏。可以只设置一个红外线传感器25，当市民靠近智能城市废物箱时，红外线传感器25触发第一驱动电路和第二驱动电路，在第一驱动电路驱动下，第一微型电机输出转矩，带用第一挡板向上翻起，打开可回收垃圾投放口15，在第二驱动电路驱动下，第二微型电机输出转矩，带用第二挡板向上翻起，打开不可回收垃圾投放口16，方便市民投放垃圾。也可以在可回收垃圾投放口15和不可回收垃圾投放口16附近分别设置红外线传感器25，分开控制第一挡板和第二挡板的开闭。

下箱体3上还设置有摄像头，摄像头与图像识别模块连接，图像识别模块连接第一驱动电路、第二驱动电路和接语音播放器10。摄像头用于获取识别区域内的图像。图像识别模块用于对图像中的垃圾进行分类，若识别为可回收垃圾，则通过第一驱动电路打开第一挡板，同时，通过接语音播放器10播报“请投入可回收垃圾桶，谢谢”；若识别为不可回收垃圾，则通过第二驱动电路打开第二挡板，同时，通过接语音播放器10播报“请投入不可回收垃圾桶，谢谢”；若识别为电池，则通过接语音播放器10进行播报，如“请投入废旧电池投放槽，谢谢”。通过上述垃圾分类识别，可以督促市民养成良好的垃圾分类习惯，普及环保与垃圾的知识，减少环卫工人的工作难度，提高了废品回收利用的比例，减少了原材料的需求，保护生态环境。

图像识别模块中的垃圾分类方法的具体步骤如下：

步骤S1，获取摄像头采集的图像。其中摄像头采集的图像是灰度图像，这样可以减少处理时的数据量。

步骤S2，提取图像的特征值。

步骤S3，将特征值输入基于神经网络的识别模型，得到识别结果。识别结果包括3类：可回收垃圾、不可回收垃圾和电池。

其中，基于神经网络的识别模型采用3层神经网络实现，包括输入层、中间层、输出层。输入层包含多个个节点，分别对应多个特征值。中间层包含多个节点，中间层节点数不仅与输入层和输出层的节点数有关，更与需解决的问题的复杂程度和转换函数的形式以及样本数据的特性等因素有关。输出层包含3个节点，对应三类识别结果：可回收垃圾、不可回收垃圾和电池。输入层和中间层之间，以及中间层和输出层之间均采用全连接模式，即输入层的每一个节点到中间层每一个节点均用一条边相连，中间层和输出层之间也采用同样的连接方式。基于神经网络的识别模型的训练方法如下：

步骤S10，搜集大量有关垃圾的图片，作为训练图片，并对图片进行分类标记，标记内容为：可回收垃圾、不可回收垃圾和电池。

步骤S20，提取训练图片的特征值。

步骤S30，将特征值输入待训练的神经网络，得到分类结果。

步骤S40，若分类结果与标记不符，则调整神经网络的权重参数，继续下一训练图片进行训练，直到神经网络的收敛误差精度达到预先设定的要求为止。

废物箱内桶14的装载能力很有限，当废物箱内桶14装满垃圾后，有些人任会继续向桶内丢垃圾，导致垃圾溢出到周围地面上，影响市容。为了解决上述问题，在下箱体3内还设有溢出检测装置，溢出检测装置包括红外发射端和红外接收端，均安装在废物箱内桶14的桶口上部附近，红外发射端发射的光线从废物箱内桶14上空经过到达红外接收端，当废物箱内桶14中的垃圾堆得超过废物箱内桶14的高度时，阻挡了红外发射端发射的光线，致使红外接收端接收不到信号，则此时红外接收端输出溢出信号，同时可以通过WiFi装置19呼叫管理人员进行垃圾清理。可针对可回收和不可回收的废物箱内桶14分别设置第溢出检测装置。当第一驱动电路(第二驱动电路)接收到溢出信号时，关闭第一挡板(第二挡板)，并可以通过点亮LED灯的方式告知市民垃圾已满，此时无论红外线传感器25是否探测到有市民接近，第一挡板(第二挡板)都不会打开。

为防止细菌滋生，下箱体3内还设有紫外线灭菌灯18，紫外灭菌灯通过智能时控开关28与太阳能充放电控制器26连接，结合智能时控开关28，能在特定的时间内对废物箱内桶14进行杀菌消毒，减少细菌滋生。

为了方便市民的日常生活，上箱体2上还安装有WiFi装置19和手机充电插座20，太阳能充放电控制器26通过手动开关29与WiFi装置19和手机充电插座20连接。如图3所示，WiFi装置19设置在上箱体2的侧面上部，使附近的市民可以免费上网，接收附近地图信息及商家信息。上箱体2的侧面下部设有手机充电插座20，市民可以免费充电，手机充电插座20的充电口处安装有翻盖式防水盖板，有效防止雨水透入设备。

上箱体2上还安装有监控装置21，太阳能充放电控制器26通过手动开关29与监控装置21连接，如图1所示，监控装置21安装在上箱体2正面的上部，监控装置21可以24小时实时监控周边区域，进行录像保存，有利于城市公共安全，还可以为交通、治安等各类事件提供视频资料。

上箱体2和下箱体3均采用聚丙烯板制成。聚丙烯板具有硬度高、韧性好、耐高温、防腐蚀、抗老化、放裂阻燃等特点，还可循环再造，使用寿命长达20年。

手动开关29和智能时控开关28均为多路开关，可分开控制各个与其连接的用电设备。

太阳能充放电控制器26是整个智能城市废物箱的核心部件，其主要任务是对蓄电池27的充、放电进行控制，并根据负载的要求控制蓄电池27对负载的输出能量。太阳能充放电控制器26可以使太阳能电池和蓄电池27高效安全可靠地工作，并获得较高的高效率，延长蓄电池27的使用寿命。

太阳能充放电控制器26包括：控制器、BUCK变换器、太阳能电池板1电流采样电路、太阳能电池板1电压采样电路、蓄电池电流采样电路、蓄电池电压采样电路，具体连接方式如图6所示。太阳能电池板1电流采样电路、太阳能电池板1电压采样电路用于采集太阳能电池板1输出的电压和电流。蓄电池电流采样电路、蓄电池电压采样电路用于采集蓄电池27两端的电压和电流。控制器用于根据太阳能电池板1电流采样电路、太阳能电池板1电压采样电路、蓄电池电流采样电路、蓄电池电压采样电路采集的电压、电流信号输出PWM信号。BUCK变换器又称降压变换器、串联开关稳压电源、三端开关型降压稳压器，通过控制器控制PWM的占空比，来控制BUCK变换器输出电流。

其中，控制器中的具体算法为：根据太阳能电池板1电流采样电路、太阳能电池板1电压采样电路计算出出当前太阳能电池板1的输出功率，然后在当前输出电压基础上加上一个扰动(即一个较小的电压分量)，然后测量加入扰动之后的太阳能电池板1的输出功率，将扰动前后的两次输出功率进行对比，从而得到输出功率的变化方向，若此时输出功率增大则继续进行原扰动，若输出功率减小则改变扰动方向。

如图7所示，是BUCK电源变换电路原理图，其中Vi为输入电压(连接太阳能电池板1)，Vo为输出电压(连接蓄电池)，D1是续流二极管。BUCK变换器的工作原理是：当PWM输出高电平时，开关管Q1导通，电流通过晶体管Q2和电感L1到蓄电池，在这一阶段，电感L1吸收能量，电容C1、C2被充电；当PWM处于低电平时，开关Q1管断开，电流经二极管D1续流，电感L1的两端会产生电压反响，由二极管D1提供给电流。电感L1和电容C1、C2作为滤波器输出电压和电流。

系统有多组蓄电池，每一组蓄电池在充满时都有标志位，方便智能管理充电的顺序。在给蓄电池27充电时，先采用最大功率进行充电，也就是快速充电阶段要最大可能的充分利用太阳能电池组件的输出能量，但是充电电流也不能太大，防止蓄电池27损坏；当蓄电池27充电到80％～90％的额定容量时，采用恒压法进行充电，在这个阶段蓄电池27可充电到97％％以上；在蓄电池27已经充满或者接近充满时就进入浮充阶段。

太阳能充放电控制器26同时也要防止蓄电池27的过放。通过检测蓄电池27两端的电压值可判断蓄电池27的储能状态，当蓄电池27能量放完化其电压会降至约额定电压的一半，此组蓄电池已经处于过放状态，则切断此组蓄电池27供电电路，开始采用下一组蓄电池放电。

优选磷酸酸铁锂电池，磷酸铁锂电池使用寿命长，安全性高，并且充电速度快，充放电性能平稳，耐高温、过放性好、没有记忆效应，体积小、容量大。磷酸铁锂电池材料中不存在任何危险有害物质，没有对环境构成任何威胁。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。