本实用新型具体涉及一种城市中心用智能分类垃圾桶，属于智能垃圾分类处理装置研究领域。
背景技术：
随着社会经济的发展和人口的迁移趋势，大中型城市的生活垃圾逐年增加，目前多数大中型城市在生活垃圾处理上均面临很大困境。鉴于人们对生态环境保护的日趋重视，生活垃圾的分类处理逐渐受到重视。自2000年以来，北京，上海，广州，南京等8个大中型城市均根据城市特点，各自在鼓励居民对生活垃圾进行分类上，做出了各种尝试。例如，居民可通过扫描垃圾袋上的二维码，正确分类垃圾后刷卡积分以换取相应的奖励。然而，十多年过去了，垃圾分类尚未得到有效推行，究其原因：居民对垃圾分类知识的认识不够全面。因此，需要设计一种垃圾分类装置，既能实现垃圾的自动分类，又能实现垃圾分类知识的普及教育，从而实现垃圾分类的全面推广。
经社会调查发现，在城市中心的一些大型公共场合，如商场、公园等，行人丢弃垃圾有以下特点：以单次投放单个垃圾为主，且丢弃的可回收垃圾以废纸、塑料制品、玻璃制品、金属制品等为主，不可回收垃圾以果皮、食物残渣、使用过的纸巾为主。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题是，提供一种能够针对城市中心常见垃圾类型，采用传感器检测和图像识别相结合的方式，实现垃圾的自动分类投放的城市中心用智能分类垃圾桶。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种城市中心用智能分类垃圾桶，包括圆柱形的垃圾桶本体，所述垃圾桶本体的上顶盖开设有扇形开口，所述上顶盖上设置有红外感应模块，所述垃圾桶本体内位于所述扇形开口下方设置有扇形载物板，所述扇形载物板的圆心角为120度，所述扇形载物板的两条边上方设置有V形挡板，所述扇形载物板的半径以及所述V形挡板任意一边的长度与所述垃圾桶本体的内径相等，所述垃圾桶本体设置有带动所述扇形载物板沿着所述垃圾桶本体轴心旋转的第一伺服电机和带动所述V形挡板沿着所述垃圾桶本体轴心旋转的第二伺服电机，所述垃圾桶本体的内壁且位于所述扇形载物板上方设置有摄像头和LED灯，所述垃圾桶本体下底面上连有隔物板，所述隔物板由三个一侧连在一起且长度与所述垃圾桶本体内径相同的单板组成，任意两个所述的单板之间的夹角为120度，所述扇形载物板位于其中两个所述单板形成的空腔结构的正上方，所述扇形载物板上设置有传感器检测模块，所述垃圾桶本体内设置有单片机最小系统模块、树莓派和电源模块，所述电源模块与所述红外感应模块、单片机最小系统模块、树莓派、传感器检测模块、第一伺服电机、第二伺服电机、摄像头和LED灯电相连，所述树莓派与所述摄像头相连，所述树莓派与所述单片机最小系统模块相连，所述传感器检测模块与所述单片机最小系统模块相连，所述红外感应开关与所述单片机最小系统模块相连，所述单片机最小系统模块与所述第一伺服电机、第二伺服电机相连。
所述传感器检测模块包括电感式接近开关、颜色传感器、第一电容式接近开关、第二电容式接近开关和第三电容式接近开关。
所述摄像头和LED灯的个数均为2个。
所述电感式接近开关、颜色传感器、第一电容式接近开关、第二电容式接近开关和第三电容式接近开关的埋入位置位于半径为60mm的圆圈上。
所述电源模块由蓄电池、太阳能电池板和控制器组成，所述蓄电池放置在所述垃圾桶本体的最下方区域，所述太阳能电池板位于所述垃圾桶本体外侧表面，所述蓄电池提供整个系统运行时所需电能，所述太阳能电池板则通过所述控制器为所述蓄电池充电。
所述扇形载物板上沿着其周圈设置有排水孔。
本实用新型的有益效果：本实用新型提供的一种城市中心用智能分类垃圾桶，通过红外感应模块、传感器检测模块、图像识别模块、机械模块、单片机最小系统模块和电源模块的结构设计，通过传感器和图像识别垃圾属性，经由单片机控制伺服电机的正反转将垃圾投放至相应的装料区中，基于人工智能实现了垃圾的自动分类，提高了垃圾分类的效率和垃圾的回收利用率。
附图说明
图1为本实用新型的一种城市中心用智能分类垃圾桶中模块连接图；
图2为本实用新型的一种城市中心用智能分类垃圾桶的结构示意图；
图3为本实用新型的一种城市中心用智能分类垃圾桶中载物板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
如图1所示，本实用新型一种城市中心用智能分类垃圾桶，其由红外感应模块、传感器检测模块、图像识别模块、机械模块、单片机和电源模块组成。红外线感应模块用于检测行人丢垃圾的动作，输出开关信号至单片机，从而控制系统的工作和休眠模式；传感器检测模块基于不同垃圾的物理属性，分别利用电感式和电容式接近开关实现垃圾类型识别；图像识别模块基于图像识别算法识别出垃圾类别；机械模块基于三箱旋转式垃圾桶结构和伺服电机，确保被识别垃圾被自动投放到对应的装料区；单片机最小系统模块，接受和处理红外感应模块、传感器检测模块和图像识别模块的信息，并综合垃圾类别识别结果，控制机械模块的伺服电机实现相应的动作，将垃圾投至对应的装料区；电源模块则用于系统供电。
如图2所示，一种城市中心用智能分类垃圾桶，包括圆柱形的垃圾桶本体1，垃圾桶本体1的上顶盖11开设有扇形开口111，上顶盖11上设置有红外感应传感模块2，由人体热释电红外感应开关HC-SR501组成，其感应范围可根据需要进行调节。待机状态下，红外感应模块2向单片机传送低电平信号；当行人向垃圾桶丢垃圾时，红外感应模块2则向单片机传送高电平信号。
垃圾桶本体1内位于扇形开口111下方设置有扇形载物板12，扇形载物板12的圆心角为120度，扇形载物板12的两条边上方设置有V形挡板5，扇形载物板12的半径以及V形挡板5任意一边的长度与垃圾桶本体1的内径相等，V形挡板5与扇形载物板12垂直设置且V形挡板5的下端位于扇形载物板12两边的正上方。垃圾桶本体1的内壁且位于扇形载物板12上方设置有摄像头3和LED灯4，摄像头3和LED灯4的个数均为2个，垃圾桶本体1内设置有树莓派，两个摄像头、两个LED灯和树莓派组成图像识别模块，两个摄像头旁各安装一个LED灯，树莓派安装在垃圾桶中下部。由于摄像头安装在垃圾箱内侧，存在光源不足现象，为保证摄像头获取照片的质量，采用LED灯补光；摄像头采集的图像传输至树莓派，使用树莓派中训练好的图像识别算法识别物品的类别，并将类别信号传输至单片机最小系统模块。
垃圾桶本体1下底面上连有隔物板6，隔物板6由三个一侧连在一起且长度与垃圾桶本体1内径相同的单板61组成，任意两个单板61之间的夹角为120度。扇形载物板12和V型挡板5可自由转动，且其初始位置均位于扇形开口111下方。垃圾桶本体1内设置有带动扇形载物板12沿着垃圾桶本体1轴心旋转的第一伺服电机和带动V形挡板5沿着垃圾桶本体1轴心旋转的第二伺服电机。
如图1所示，隔物板6与垃圾桶本体1之间形成装料区，装料区被三个单板61分成三个区域，包括可回收区A，不可回收区B和不可识别区C。伺服电机驱动扇形载物板12和V型挡板5转动，将垃圾投入不同的装料区。例如，若垃圾为可回收物，第一伺服电机驱动扇形载物板12顺时针旋转120°而V型挡板5不动，将垃圾投入区域A；若垃圾为不可回收物，第二伺服电机驱动V型挡板5顺时针旋转120°，扇形载物板12不动，将垃圾投入区域B；若垃圾类别属性不可识别，则第二伺服电机驱动V型挡板5逆时针旋转120°，扇形载物板12不动，将垃圾投入区域C。投放完成后，V型挡板5和扇形载物板12复位至初始位置。
扇载物板12位于其中两个单板61形成的空腔结构的正上方，扇形载物板12上设置有传感器检测模块，垃圾桶本体1内设置有单片机最小系统模块、树莓派和电源模块，树莓派与摄像头3相连，树莓派与单片机相连，传感器检测模块与单片机相连，所述红外感应开关2与所述单片机相连，单片机与所述第一伺服电机、第二伺服电机相连。机械模块由桶体和伺服电机组成。单片机最小系统模块主要由89C51单片机组成，
传感器检测模块由5个能检测不同物体属性的传感器组成。在扇形载物板的中心区域按半径为60mm的圆周线埋入5个传感器，分别为电感式接近开关121、颜色传感器122、第一电容式接近开关123、第二电容式接近开关124、第三电容式接近开关125，扇形载物板12上沿着其周圈设置有排水孔126，如图3所示。其中，电感式接近开关LJ12A3-4-Z用于检测物体是否为金属材料；颜色传感器TSC3200用于检测物体是否为有颜色的果皮；三个电容式接近开关分别检测物体是否为塑料、纸张和玻璃。这些传感器均与单片机相连接，当检测到有对应属性物品时，向单片机的对应端口输出高电平信号。
电源模块与红外感应模块2、单片机最小系统模块、树莓派、传感器检测模块、第一伺服电机、第二伺服电机、摄像头3和LED灯4电相连，电源模块由蓄电池、控制器和太阳能电池板组成。蓄电池放置在箱体的最下方以降低中心，太阳能电池板放置在箱体外侧表面。工作时均采用蓄电池供电，同时利用光电效应进行太阳能发电，经控制器处理后向蓄电池充电，保证电能供应的稳定性，而且起到了节能环保的作用。
单片机最小系统模块是整个控制系统的核心部分，它接受和处理来自红外感应模块、传感器检测模块、图像识别模块的信息，并控制机械模块的运行。垃圾桶不工作时，处于待机状态，即传感器检测模块、图像识别模块和机械模块都处于无功耗或低功耗状态。下面对垃圾桶如何由单片机最小系统模块实现垃圾自动分类投放的工作过程做简要描述。
首先，单片机接收和处理来自红外感应开关的信息。当行人向桶体丢垃圾时，单片机接收到来自红外感应开关的高电平信号，开启整个垃圾桶的工作模式；当连续30秒无行人向桶体丢垃圾时，单片机使得垃圾桶的各个部分进入待机模式，以节约能源。待机模式下，单片机但仍可保持所有的内部状态及存储器内容，所以当再次检测到有行人向桶体丢垃圾时，可在数秒内唤醒单片机。
接着，单片机接收和综合处理来自传感器检测模块和图像识别模块的物体信息。各个传感器检测到存在对应属性的物体时，输出开关信号至单片机相应的I/O接口，单片机通过识别端口信号的变化确定垃圾类别。同样，树莓派将识别出的垃圾类别信息输出至单片机。若传感器检测模块和图像识别模块均判别垃圾类型为可回收，则单片机输出垃圾类别为可回收垃圾；类似地，若两个模块均判别垃圾类型为不可回收，则单片机输出垃圾类别为不可回收垃圾；反之，若两个模块的输出结果不一致时，单片机输出垃圾类别为不可识别垃圾。
然后，单片机接收和处理控制机械模块的运行。单片机根据垃圾类别属性综合结果，发送不同通道的PWM信号，控制电机的正转或者反转，控制V型挡板和扇形载物板转动，将垃圾扫入对应的装料区中。
本实用新型中涉及的未说明部份与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。