“互联网+”包装瓶智能回收系统的制作方法

本实用新型属于废弃物智能回收技术领域及“互联网+”资源循环技术领域，特别涉及了一种“互联网+”包装瓶智能回收系统。

背景技术：

“白色污染垃圾”时刻威胁着我们的生活环境。其中，塑料包装瓶是重要的污染源之一。若能采取措施对废弃塑料特别是塑料包装瓶进行回收利用，将有效缓解环境污染压力，节省石油资源。但目前还缺乏正规、完善的废塑料瓶回收体系，废塑料流向难以控制。目前，进行塑料包装瓶回收的多是“游击队”回收队伍，回收后的塑料包装瓶大多流入了非法的小粉碎作坊，产品技术含量和附加值较低，造成了环境的二次污染。因此提高塑料包装瓶的回收率、规范回收系统，对我国的经济和社会的发展具有重要意义。

研制和推广废塑料瓶自动回收机也被认为是改进废塑料塑料瓶回收系统最有效的办法之一。世界上第一款智能包装回收机由挪威Tomra公司发明，近年来国内也逐渐出现了智能回收机的实物及专利。但目前国内现有的废塑料瓶回收装置的设计并不完善，具体存在以下问题：

1)操作不够方便、识别方式单一。目前，已出现的塑料瓶回收机主要是基于红外线扫描条形码来识别的，它严格要求瓶罐的条形码保持完整，且瓶身上端必须先投入机器回收口内，如专利CN104408820A、CN104361681A。如果投入瓶罐上的条形码破损，或者瓶子朝向不对，机器将拒绝回收。上述问题限制了对塑料瓶的回收效率，降低了人们对塑料瓶回收机器的使用意愿。

3)现有回收机为多单机工作，无法实现数据共享和到网络终端智能控制，不利于智能回收机的推广。近年来，随着互联网技术的发展，塑料瓶回收机人机交互系统的互联网特征开始显现。如专利CN202711369U提出了基于物联网技术的塑料瓶回收机概念，服务人员可以远程监控回收机的工作状况；但是其功能还不完善。

因此，有必要设计一种操作方便、识别率高、功能完善的包装瓶智能回收系统及方法。

技术实现要素：

本实用新型所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种“互联网+”包装瓶智能回收系统及方法，操作和使用方便。

本实用新型所提供的技术方案为：

一种“互联网+”包装瓶智能回收系统，包括智能回收装置、云端服务器和用户终端设备；

所述智能回收装置和用户终端设备均通过互联网(及相应的应用程序接口)与云端服务器通信连接；

所述智能回收装置包括人机交互系统、机电控制装置、包装瓶传送旋转装置、包装瓶识别装置和机柜；

所述机电控制装置、包装瓶传送旋转装置和包装瓶识别装置均设置在机柜内；

所述人机交互系统设置在机柜一侧面板上；

人机交互系统与机电控制装置相连；

包装瓶传送旋转装置和包装瓶识别装置均受控于机电控制装置；

所述包装瓶传送旋转装置用于包装瓶的传送和旋转，包装瓶识别装置用于对包装瓶材质、重量、图像进行识别。所述机电控制装置包括控制模块、信号处理模块、特征匹配模块和通信模块，分别用于对智能回收装置机电部件的控制、包装瓶材质、重量、图像、位置信号的处理，以及将特征数据与存储的包装瓶模板进行对比和上传。

所述“互联网+”包装瓶智能回收系统采用基于“互联网+”模式的通讯架构；基于“互联网+”模式的通讯架构具体包括管理员、云端服务器、用户、人机交互系统、机电控制装置、用户终端设备。云端服务器中的数据库类型为MySQL DB。用户终端设备上设有回收机App模块。人机交互系统以及用户终端设备上的回收机App模块均通过相应的应用程序接口与云端服务器进行通信。人机交互系统则还通过串口通讯的方式与智能回收装置回收机中的机电控制装置进行通信。管理员利用云端服务器的后台管理界面对云端服务器中的管理系统和数据进行更新和维护，并远程对智能回收装置进行调试、维护、软件和模板数据管理等，用户则可通过人机交互系统或用户终端设备上的回收机App模块进行智能回收装置的操作。用户终端设备上的回收机App模块包括人机交互界面、账户管理单元、智能回收装置定位单元、返利单元、提现单元；用户终端设备上的回收机App模块可以通过云端服务器与智能回收装置实现联网，具备直接操控智能回收装置、用户账户管理(用于用户终端设备的注册和登录认证)、智能回收装置定位【在智能回收机布置好后，将其位置上传到云端服务器；回收机App 模块通过智能回收装置定位单元从云端服务器获取智能回收机的位置，从而查找到附近的回收机】、智能回收领域交流、广告信息发布、提现等功能。

所述包装瓶传送旋转装置包括皮带、滚轮、电机和位置传感器；皮带和滚轮由电机驱动，电机受控于机电控制装置；皮带和滚轮分别用于实现包装瓶的传送和径向旋转，进而配合包装瓶识别装置实现包装瓶的传送和旋转识别；位置传感器用于检测包装瓶的传送位置，并将位置信号传送给机电控制装置。

所述包装瓶识别装置包括包装瓶称重装置、材质识别传感器、条码扫描器、图像识别装置；包装瓶称重装置、材质识别传感器、条码扫描器和图像识别装置的信号输出端均与机电控制装置相连。所述称重装置利用压电原理对包装瓶进行称重；材质识别传感器用于对包装瓶材质(金属与否)的识别；条码识别装置通过与包装瓶传送旋转装置的配合可对任意朝向的包装瓶的条码进行识别，降低了包装瓶放入回收装置时的位置要求；图像识别装置用于采集包装瓶的图像。机电控制装置接收位置传感器发送的位置信号，当判断包装瓶传送至包装瓶称重装置、材质识别传感器、条码扫描器和图像识别装置时，控制暂停传送或使得滚轮旋转以进行条码扫描，以便采集包装瓶重量、材质、条码和图像特征。

所述图像识别装置包括光源、摄像装置和光学系统，其中光学系统包括菲涅耳透镜和反光板；所述光源设置在摄像头附近，两者位于待识别物体同一侧、所述菲涅耳透镜设置在光源和摄像头与待识别物体之间、所述反光板设置在待识别物体另一侧，与光源和摄像头相对。物品轮廓获取及识别方法包括以下步骤：(1)光源射出的光线通过菲涅尔透镜整形成平行光； (2)平行光通过待识别物体，在反光板上留下与待识别物体对应的轮廓阴影；(3)反光板反射回的光线(含有待测物体轮廓阴影)经过菲涅尔透镜汇聚，被摄像头捕获形成图像，形成捕获的图像含有待识别测物体的轮廓阴影，图像中待识别物体的轮廓阴影之外为均匀、明亮的背景，与待识别物体的物品轮廓阴影具有很强的反差；(4)图像识别装置将图像传送至机电控制装置，机电控制装置对图像进行二值化、轮廓提取处理，得到待识别物体的轮廓；再将其与包装瓶模板进行对比，以识别待测物体。通过图像识别装置可精确的提取含有待识别测物体的轮廓阴影的图像，并将其传输至机电控制装置；机电控制装置对图像进行二值化、轮廓提取处理，得到物体的轮廓，并将其存储单元预先存储的包装瓶模板包装瓶识别装置进行对比，从而识别用户投入的物体是否为可回收的包装瓶。

所述智能回收装置还包括设置在机柜内的包装瓶压缩及破碎装置，包装瓶压缩及破碎装置受控于机电控制装置。包装瓶压缩及破碎装置用于将回收的包装瓶进行压缩和破碎，便于包装瓶的存储。

所述智能回收装置还包括光电传感器，所述光电传感器位于包装瓶识别装置与包装瓶压缩及破碎装置之间，若经包装瓶识别装置和机电控制装置判断为可回收的包装瓶，则包装瓶会经过光电传感器进入包装瓶压缩及破碎装置，若判断为不是可回收的包装瓶，则包装瓶会退回到投瓶口，不会经过光电传感器，从而实现投瓶成功数的检测。

所述机柜的外形为类包装瓶外形，包括回收机机架和内置包装瓶回收箱，回收机机架用于安装人机交互系统、机电控制装置、包装瓶传送旋转装置、包装瓶识别装置和包装瓶压缩及破碎装置；内置包装瓶回收箱用于回收塑料包装瓶。

上述“互联网+”包装瓶智能回收系统进行包装瓶智能回收的方法如下：

1)机电控制装置通过人机交互系统或用户终端设备接收到用户进行投瓶操作指令后，打开投瓶口，提示用户从投瓶口投入包装瓶；同时可以在人机交互系统上设置前置摄像头，当机电控制装置通过人机交互系统或用户终端设备接收到用户进行投瓶操作指令后，控制前置摄像头开启，对现场图像进行采集并存储，以采集操作人的头像，防止对机器的破坏行为；

2)用户投入包装瓶后，机电控制装置控制包装瓶传送旋转装置工作，使得包装瓶向前移动或旋转；通过设置在投瓶口的位置传感器检测用户是否投入包装瓶

3)包装瓶在运动与旋转过程中，包装瓶识别装置对包装瓶进行材质识别、称重、条码识别和图像识别，并将识别结果上传至机电控制装置；

4)机电控制装置将识别结果与储存的包装瓶模板进行特征匹配，以判断用户送入的物体是否为可回收的包装瓶；只有识别结果中的重量、材质和图像与包装瓶模板信息完全匹配，才判定为可回收的包装瓶，若重量、材质和图像中有一项不匹配，则判定为不是可回收的包装瓶。本实用新型中不依赖于条码扫描，不管条码是否扫描成功，都将继续进行重量、材质和图像识别和匹配，若重量、材质和图像识别匹配都成功了，则可以进行回收。条码扫描的目的是为了更好地与包装瓶模板进行匹配，在特性特征匹配时，首先进行条码匹配，若条码匹配成功，则将识别结果中的其它特征与该条码对应的包装瓶模板的其它特征进行匹配，若条码匹配失败，则继续将识别结果中的其它特征与所有包装瓶模板的其它特征进行匹配，这样处理加快了匹配速度，且避免了现有技术中，如果条码损坏就回收不了的问题。

若是可回收的包装瓶，则在人机交互系统或用户终端设备上显示投瓶成功，并计入投瓶成功数，并将投瓶成功信息上传至云端；同时，包装瓶继续运动并落入包装瓶压缩破碎装置；包装瓶在包装瓶压缩破碎装置中被压缩、剪切，随后掉入机柜中的内置包装瓶回收箱。

若不是可回收的包装瓶，则在人机交互系统或用户终端设备的界面上显示投瓶失败信息；同时将包装瓶退回到投瓶口，并提示用户取回包装瓶；

5)通过人机交互系统或用户终端设备提示用户是否结束投瓶，若用户选择继续投瓶，则返回步骤2)进入下一个回收周期；若用户选择结束投瓶并返利，机电控制装置进入返利流程，控制关闭投瓶口，回收机回到待机状态。

在返利流程中，返利方式包括手机充值、累计到个人账户和环保捐献。用户可以选择手机充值、累计到个人账户、环保捐献等方式进行返利。返利成功后，在人机交互系统或用户终端设备上显示返还金额、本次投瓶的环保贡献等数据。云端服务器中设有账号管理系统，用于用户注册账号和账号登录认证。用户在智能回收机上通过人机交互系统输入账号登录个人账号；或者首先通过用户终端设备输入账号登录个人账户，再通过用户终端设备扫描智能回收装置上的二维码进行用户身份识别，从而实现智能回收机上个人账号登录。

所述步骤4)中，若是可回收的包装瓶，包装瓶会经过光电传感器进入包装瓶压缩及破碎装置，若不是可回收的包装瓶，则包装瓶会退回到投瓶口，不会经过光电传感器，从而实现投瓶成功数的检测。

所述步骤4)中包装瓶模板的建立方法为：智能回收装置对不同类型典型的包装瓶特征进行学习，建立相应的包装瓶模板，并将其保存至包装瓶模板数据库；包装瓶模板数据库保存在智能回收装置内部的存储单元，并上传至云端服务器。智能回收装置内部的存储单元上的包装瓶模板通过自身学习获得，或从云端服务器下载获得，云端服务器也可主动下发包装瓶模板至智能回收装置。

本实用新型基于“互联网+”的架构，开发出了回收机的智能学习功能。利用回收机对标准样瓶特征进行学习，并通过互联网将特征数据上传至云端的包装瓶模板库，管理员可通过终端管理模板数据库，并有选择性的将模板下发到特定回收机。上述学习模式可推广到其他智能回收装置。

针对本实用新型，在用户终端设备上研发出与回收机关联的的回收机App模块，回收机 App模块包括通信单元、人机交互单元、账户管理单元、智能回收装置定位单元、返利单元、提现单元。回收机App模块集成了与智能回收机间信息交互、回收机的在线操控、用户账户管理、回收机的定位、电子货币返利和提现、智能回收信息查看和发布等多种功能，起到用户-互联网-回收机的桥梁作用，将有利推动环保理念的宣传、大数据的构建、公民和企业环保贡献档案的建立，以及环保概念的互联网平台盈利模式的推广。本实用新型开发的回收机App模块，通过互联网可与回收机进行信息交互和控制。经过认证的用户可直接利用网络终端对回收机进行操控，并通过网络终端进行返利和提现、个人账户管理、信息查看和发布等。将网络终端整合到本实用新型中的“互联网+”的架构中，将有效的提升用户体验水平，并将对智能回收的推广起到积极的推动作用。

有益效果：

本实用新型的包装瓶智能回收装置基于“互联网+”的特点，将包装瓶回收装置与互联网连通，实现了管理员、用户、云端、网络终端、智能回收机的交互和数据共享，并具备回收机的数据模板智能学习、回收机在线操控、返利、用户个人账户管理、环保理念宣传、环保大数据的构建等功能。此外，本回收装置采用新型的集成包装瓶识别方法，可以有效防止包装瓶的错误识别，提升智能回收装置的用户体验水平。具体技术特点表现在以下几点：

1)本实用新型基于智能回收的发展趋势，提出了更为完善的“互联网+”模式的通讯架构，实现了管理员、用户、云端、网络终端、智能回收机之间完整的信息交互、数据共享和数据链的建设，使回收机具备手机终端在线操控、个人终端账户管理、智能回收网络宣传平台、智能回收大数据的构建等功能。

2)开发出了新型的包装瓶的条码旋转识别装置，降低了用户放入包装瓶时的位置要求，提高了识别效率。

3)开发出的新型图像识别装置是一种基于光学反射系统的装置，可精确的提取物体轮廓特征，特别适合包装瓶的图像识别。具有识别过程简单、可靠、成本低的特点，可完全取代国外同种功能的图像传感器产品。

4)本实用新型设计了新型的条码在线旋转扫描装置、基于新型光学系统的称重装置、材质识别系统、图像识别装置，将条码识别、重量、材质和图像识别等多种物品识别技术进行集成，对塑料包装瓶进行精确的识别和分选。本实用新型将克服现有回收机识别方式单一，识别错误率高，防误投和诈取回收金的功能较弱的缺陷，识别过程完全由机器完成，可以有效降低包装瓶的错误识别率，提高了用户的使用体验，并降低了因恶意、蓄意以及错误投掷(非回收物)而造成的回收机损耗。本实用新型也有利于对不同规格、材质的塑料包装瓶进行分选，也将有可能弥补市场上回收机回收物品种类单一的缺陷。

附图说明

图1是本实用新型的智能回收装置基本结构示意图；

图2是本实用新型电路原理图；

图3是本实用新型的“互联网+”包装瓶智能回收系统通讯架构示意图；

图4是本实用新型一个实施例的包装瓶智能回收方法流程图；

图5是本实用新型另一个实施例的包装瓶智能回收方法流程图；

图6是本实用新型图像识别装置原理图。

附图标记说明：

1-人机交互系统；

2-机电控制装置；

3-包装瓶传送旋转装置；

4-包装瓶识别装置；

41-条码扫描器、42-称重装置、43-图像识别装置、44-材质识别传感器、45-位置传感器、46-光电传感器；

5-包装瓶压缩及破碎装置；

6-机柜；

61-内置包装瓶回收箱。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步具体说明。

图1是本实用新型的包装瓶智能回收装置基本结构示意图，图2是本实用新型电路原理图。如图1和图2所示，所述的“互联网+”包装瓶智能回收装置，包括人机交互系统1、机电控制装置2、包装瓶传送旋转装置3、包装瓶识别装置4、包装瓶压缩及破碎装置5、机柜 6。

所述的人机交互系统1用于用户进行包装瓶回收的操作、工作人员对装置的调试与维护、与云端服务器及装置中机电控制装置的通讯。

所述机电控制装置2用于对智能回收装置机电部件的控制、包装瓶材质、重量、图像、位置信号的处理、以及与触摸操控屏中一体机的通讯。

所述包装瓶传送旋转装置3由皮带、滚轮、电机、位置传感器等组成，用于包装瓶的传送、径向旋转，以实现包装瓶的移动以及识别。

所述包装瓶识别装置4包括条码扫描器41，称重装置42、图像识别装置43、材质识别传感器44；所述条码扫描器41用于扫描包装瓶瓶身条形码，称重装置42用于包装瓶的称重、图像识别装置43用于包装瓶轮廓形状的识别、材质识别传感器44用于包装瓶材质的识别；所述的条形扫描器41在扫描瓶身条码过程无需让包装瓶条码朝上，可以提高用户的使用体验；所述的图像识别装置43包括光源、摄像装置和光学系统，其中光学系统包括菲涅耳透镜和反光板，其结构如图6所示。在对包装瓶图像识别过程中，首先对包装瓶进行图像摄取，随后将图像送入机电控制装置进行轮廓的提取和匹配；所述称重装置42可以对包装瓶重量进行精确测量，当重量超过预设值后，机电控制装置发出拒收信号。包装瓶识别成功的条件是：称重装置42、图像识别装置43和材质识别传感器44获得的包装瓶信息与机电控制装置2中的包装瓶模板信息完全匹配，当其中的某一项识别结果不匹配，则判定为包装瓶识别失败。当识别成功后，光电传感器46进行计数，同时包装瓶从所述包装瓶传送旋转装置3的皮带上自动落入包装瓶压缩及破碎装置5，进行破碎和压缩，最后落入内置包装瓶回收箱61；当包装瓶识别失败，包装瓶传送旋转装置3将包装瓶送回投瓶口，设置在投瓶口的位置传感器45 感应到物品时，在人机交互系统1上提示用户取回包装瓶。

图3是包装瓶智能回收装置“互联网+”通讯架构示意图。智能回收机以互联网为核心，将管理员、云端、人机交互系统、回收机APP、回收机(机电控制装置)、用户进行连接。具体来说是云端起到数据存储和大数据的构建的作用，本实用新型中采取的数据库类型为 MySQL DB。管理员利用后台管理界面对云端中的管理系统和数据进行更新和维护，并远程对智能回收装置进行调试、维护、软件和模板数据管理等。人机交互系统为用户提供了操作界面，同时为管理员提供了回收机的管理和维修通道。人机交互系统通过串口通讯的方式与回收机中的机电控制装置进行通信，人机交互系统以及回收机APP均通过相应的应用程序接口与云端进行通信。用户可利用回收机APP替代人机交互系统对智能回收装置进行操控。通过终端APP软件，实现了用户的信息、包装瓶的回收数据等在云端、智能回收机、手机和终端间的共享和交换。

本实用新型有以下两种工作方式：

实施例1：

使用“互联网+”包装瓶智能回收方法，在一个实施例中，如图4所示，具体按以下方法进行：

1)人机交互系统在接收到用户进行投瓶操作指令后，一体机前置摄像头开启并对现场图像进行采集并存储；同时，提示用户从投瓶口投入包装瓶；

2)用户投入包装瓶后，机电控制装置指示包装瓶传送旋转装置工作，使得包装瓶向前移动或旋转；

3)包装瓶在移动或旋转过程中，回收机的包装瓶识别装置对包装瓶进行材质识别、称重、条码识别、图像识别，并将识别结果上传至机电控制装置；

4)机电控制装置将识别结果进行特征匹配，以判断用户送入的物体是否为可回收的包装瓶。同时，机电控制装置将识别结果上传至人机交互系统；

若识别成功，人机交互系统屏幕显示投瓶成功，并计入投瓶成功数；包装瓶继续运动并落入包装瓶压缩破碎装置。包装瓶在包装瓶压缩破碎装置中被压缩、剪切，随后掉入机柜中的内置包装瓶回收箱；同时，智能回收机提醒用户是否结束投瓶；若选择否，回收机将再次打开投瓶口并提示用户投瓶；若用户选择结束投瓶并返利，回收机将进入返利流程，控制关闭投瓶口，并将投瓶成功信息上传至云端，回收机回到待机状态；

若识别失败，人机交互系统屏幕显示投瓶失败信息；同时包装瓶退回到投瓶口，智能回收机提示用户取回包装瓶；当用户取回包装瓶后，智能回收机提示用户是否结束投瓶，若继续投瓶，则智能回收机进入下一个回收周期；若用户选择结束投瓶并返利，回收机将进入返利流程，控制关闭投瓶口，回收机回到待机状态；

5)在返利环节，用户可以选择的返利方式有：手机充值、累计到APP个人账户、环保捐献等。返利成功后，用户将在人机交互系统屏幕或用户终端设备上显示返还金额、本次投瓶的环保贡献等数据。

实施例2：

使用“互联网+”包装瓶智能回收方法，在一个实施例中，如图5所示，具体按以下方法进行：

1)用户在用户终端设备上的回收机APP模块中登陆账号，并通过智能回收机进行二维码扫描，实现手机APP账号与智能回收机的绑定。

用户操作回收机APP模块，选择开始投瓶。

智能回收机在接收到用户进行投瓶操作指令后，一体机前置摄像头开启并对现场图像进行采集并存储。同时，提示用户从投瓶口投入包装瓶；

2)用户投入包装瓶后，机电控制装置指示包装瓶传送旋转装置工作，使得包装瓶向前移动或旋转；

3)包装瓶在移动或旋转过程中，回收机的包装瓶识别装置对包装瓶进行材质识别、称重、条码识别、图像识别，并将识别结果上传至机电控制装置；

4)机电控制装置将识别结果进行特征匹配，以判断用户送入的物体是否为可回收的包装瓶；

若识别成功，用户终端设备示投瓶成功，并计入投瓶成功数；包装瓶继续运动并落入包装瓶压缩破碎装置。包装瓶在包装瓶压缩破碎装置中被压缩、剪切，随后掉入机柜中的内置包装瓶回收箱；同时，智能回收机提醒用户是否结束投瓶；若选择否，回收机将再次打开投瓶口并提示用户投瓶；若用户选择结束投瓶并返利，回收机将进入返利流程，控制关闭投瓶口，并将投瓶成功信息上传至云端，回收机回到待机状态；

若识别失败，用户终端设备显示投瓶失败信息。同时包装瓶退回到投瓶口，智能回收机提示用户取回包装瓶。当用户取回包装瓶后，智能回收机提示用户是否结束投瓶，若继续投瓶，则智能回收机进入下一个回收周期。若用户选择结束投瓶并返利，回收机将进入返利流程，控制关闭投瓶口，回收机回到待机状态；

5)在返利环节，用户直接通过用户终端设备选择返利方式，如手机充值、累计到APP 个人账户、环保捐献等。返利成功后，将在用户终端设备上显示返还金额、本次投瓶的环保贡献等数据。

以上实施例仅是为了更加详细描述本实用新型的思想和工作原理，应理解的是，上述提到实施例不应限制本。凡是在本实用新型的精神和范围之内的所有改动和替换，均应在本实用新型的保护之列。

本回收装置提出了新型的集成包装瓶识别方法，具有包装瓶正确识别率高、对包装瓶的放入位置要求低等特点，可方便用户的使用并能最大限度降低欺诈行为。同时，本回收装置具有智能学习功能，可自动学习不同类型包装瓶的特征，不断扩充包装瓶模板数据库。此外，本回收装置架构了回收机-云端-手机终端的互联网信息交互与控制网络，用户可直接通过用户终端设备操控智能回收装置，并使用APP软件进行包装瓶返利和提现。管理人员则通过互联网对回收机的状态及工作过程进行监控，以及回收机的软件以及包装瓶模板库的管理。本实用新型利用互联网，实现了用户、智能回收机、网络云端、网络终端的交互和数据共享，具备了智能回收机在线操控、返利、用户认证、环保理念宣传、环保大数据的构建等功能，将有力促进“互联网+”资源循环发展模式的推广。