一种基于卷积神经网络构建的垃圾分类箱

1.本实用新型涉及到垃圾分类领域，具体是一种基于卷积神经网络构建的垃圾分类箱。


背景技术：

2.垃圾桶又称废物箱，是装放垃圾的地方；为了实现对生活垃圾的初步分类，目前，市场上已推出可分类垃圾桶，但现有的垃圾桶大部分功能单一，还需要人工将垃圾投入相应分类口，且为带盖垃圾箱，开盖时需采用手动或脚踩方式实现，这种方主要的缺点是既不卫生又不方便；并且人们对垃圾是否可回收的概念模糊，常常也会造成垃圾的混乱投放；随着科技进步，市场上兴起智能垃圾箱，但开发程度并不高，主要以自动感应翻盖为主，不能主动对垃圾进行分类，且成本高昂，覆盖范围小；目前市场垃圾运送、大数据反馈以及后端处置设施初具规模；所以现有的技术需要一种能够自我进行垃圾分类的垃圾桶及其使用方法。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种基于卷积神经网络构建的垃圾分类箱，以解决上述背景技术中所提到的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
5.一种基于卷积神经网络构建的垃圾分类箱，包括：撑架、前封壳、柜门、垃圾桶、投放口、停驻管道、电控柜、旋转座、第一舵机、停驻挡板、分拨支架、第二舵机、分拨管道、分拨轴、停驻轴、红外线传感器、摄像头；所述撑架上下部分为两个平板结构，撑架的上下部分的平板结构后方通过一竖直的竖板固定连接，所述撑架的上平板结构中心开设有一圆形通孔形成投放口，所述撑架的上平板结构的下表面设有一筒状结构的停驻管道，停驻管道和投放口同心且停驻管道的内径大于投放口的内径，所述撑架的竖板上通过螺栓固定有一分拨支架，分拨支架由三段钢架焊接构成，其中分拨支架最前端的钢架平行于撑架的竖板，分拨支架位于停驻管道的下方，撑架的竖板上通过支架固定有一第二舵机，第二舵机的输出轴通过联轴器连接有一分拨轴，分拨轴的另一端通过轴承内嵌在分拨支架最前端的钢架内，第二舵机的位置关系要满足分拨轴安装后，分拨轴平行且垂直于撑架的竖板，所述撑架的下平板结构的上方放置有四个垃圾桶，所述停驻管道的旁侧设有两个旋转座，停驻挡板固定在停驻轴上，停驻挡板设在两个旋转座之间，停驻轴和两个旋转座之间通过轴承连接，所述停驻轴的上端通过联轴器连接在第一舵机的输出端，第一舵机固定在撑架的竖板上。
6.作为本实用新型进一步的方案：所述停驻挡板固定在停驻轴的形状不做限定，停驻挡板的另一端为一圆形结构，圆形结构的外径大于停驻管道的外径，并圆形结构的上表面和停驻管道的下表面重合。
7.作为本实用新型进一步的方案：所述第一舵机预设两个角度，其中第一角度为关闭角度，即在第一角度时第一舵机通过停驻轴控制停驻挡板运动至停驻管道下方，并停驻
挡板上的圆形结构和停驻管道同心；第二角度为停驻挡板上的圆形结构完全离开停驻管道下方的任意一个角度均可行。
8.作为本实用新型进一步的方案：所述第二舵机预设有四个角度，四个角度分别满足，第二舵机通过分拨轴控制的分拨管道的下端口刚好分别位于四个垃圾桶的正上方。
9.作为本实用新型进一步的方案：所述撑架的竖板内侧通过螺栓固定有一电控柜。
10.作为本实用新型进一步的方案：所述撑架的竖板内侧在每个垃圾桶的上方均设有一红外线传感器。
11.作为本实用新型进一步的方案：所述停驻管道的旁侧设有一倾斜向下的孔位，孔位内内嵌有一摄像头，摄像头，孔位的外侧设有防护玻璃。
12.作为本实用新型进一步的方案：所述电控柜内部设有集成有单片机stm构建的舵机分类模块，usb摄像头图像识别模块、红外线传感器测距模块以及通信模块的安富莱stm32
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v7开发板，电控柜内的开发板和摄像头、红外线传感器之间通过导线连接。
13.作为本实用新型进一步的方案：所述前封壳为两侧挡板和前挡板构成的一个整体，前封壳和撑架组成一个完整的空壳结构，所述前封壳的前挡板上设有四个为垃圾桶设立的柜门，柜门的数量和位置和每个垃圾桶一一对应。
14.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
15.本产品在第一步垃圾收集时，便对垃圾进行前端分类，主要分为：可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾、其他垃圾四类；从源头实施垃圾分类，一方面简化了垃圾分拣的步骤，另一方面提高了可回收垃圾的二次利用率；装置操作简单易上手，以智能垃圾分类为核心技术，相较于传统方式可以节省人力，加快垃圾分拣效率，经济价值可观、社会效益显著；可有效解决公共场所垃圾的前端分类问题。
附图说明
16.图1为一种基于卷积神经网络构建的垃圾分类箱的硬件结构爆炸视图。
17.图2为一种基于卷积神经网络构建的垃圾分类箱的内部结构立体视图。
18.图3为一种基于卷积神经网络构建的垃圾分类箱内部结构平面视图。
19.图4为图2a处放大视图。
20.图5为一种基于卷积神经网络构建的垃圾分类箱摄像头安置剖面示意图。
21.图6为基于神经网络图像分类的示意图。
22.图7为一种基于卷积神经网络构建的垃圾分类箱的识别流程示意图。
23.图8为一种基于卷积神经网络构建的垃圾分类箱的分类流程示意图。
24.图9为一种基于卷积神经网络构建的垃圾分类箱的检测容量流程视图。
25.图中：1
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撑架、2
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前封壳、3
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柜门、4
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垃圾桶、5
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投放口、6
‑
停驻管道、7
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电控柜、8
‑
旋转座、9
‑
第一舵机、10
‑
停驻挡板、11
‑
分拨支架、12
‑
第二舵机、 13
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分拨管道、14
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分拨轴、15
‑
停驻轴、16
‑
红外线传感器、17
‑
摄像头。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的
实施例；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.请参阅图1～9，本实用新型实施例中，一种基于卷积神经网络构建的垃圾分类箱，包括：撑架1、前封壳2、柜门3、垃圾桶4、投放口5、停驻管道6、电控柜7、旋转座8、第一舵机9、停驻挡板10、分拨支架11、第二舵机12、分拨管道13、分拨轴14、停驻轴15、红外线传感器16、摄像头17；所述撑架1 上下部分为两个平板结构，撑架1的上下部分的平板结构后方通过一竖直的竖板固定连接，所述撑架1的上平板结构中心开设有一圆形通孔形成投放口5，所述撑架1的上平板结构的下表面设有一筒状结构的停驻管道6，停驻管道6和投放口5同心且停驻管道6的内径大于投放口5的内径，所述撑架1的竖板上通过螺栓固定有一分拨支架11，分拨支架11由三段钢架焊接构成，其中分拨支架11 最前端的钢架平行于撑架1的竖板，分拨支架11位于停驻管道6的下方，撑架 1的竖板上通过支架固定有一第二舵机12，第二舵机12的输出轴通过联轴器连接有一分拨轴14，分拨轴14的另一端通过轴承内嵌在分拨支架11最前端的钢架内，第二舵机12的位置关系要满足分拨轴14安装后，分拨轴14平行且垂直于撑架1的竖板，所述撑架1的下平板结构的上方放置有四个垃圾桶4，所述停驻管道6的旁侧设有两个旋转座8，停驻挡板10固定在停驻轴15上，停驻挡板 10设在两个旋转座8之间，停驻轴15和两个旋转座8之间通过轴承连接，所述停驻轴15的上端通过联轴器连接在第一舵机9的输出端，第一舵机9固定在撑架1的竖板上。
28.所述停驻挡板10固定在停驻轴15的形状不做限定，停驻挡板10的另一端为一圆形结构，圆形结构的外径大于停驻管道6的外径，并圆形结构的上表面和停驻管道6的下表面重合。
29.所述第一舵机9预设两个角度，其中第一角度为关闭角度，即在第一角度时第一舵机9通过停驻轴15控制停驻挡板10运动至停驻管道6下方，并停驻挡板 10上的圆形结构和停驻管道6同心；第二角度为停驻挡板10上的圆形结构完全离开停驻管道6下方的任意一个角度均可行。
30.所述第二舵机12预设有四个角度，四个角度分别满足，第二舵机12通过分拨轴14控制的分拨管道13的下端口刚好分别位于四个垃圾桶4的正上方。
31.所述撑架1的竖板内侧通过螺栓固定有一电控柜7。
32.所述撑架1的竖板内侧在每个垃圾桶4的上方均设有一红外线传感器16。
33.所述停驻管道6的旁侧设有一倾斜向下的孔位，孔位内内嵌有一摄像头17，摄像头17，孔位的外侧设有防护玻璃。
34.所述电控柜7内部设有集成有单片机stm32构建的舵机分类模块，usb摄像头图像识别模块、红外线传感器测距模块以及通信模块的安富莱stm32
‑
v7开发板，电控柜7内的开发板和摄像头17、红外线传感器16之间通过导线连接。
35.所述前封壳2为两侧挡板和前挡板构成的一个整体，前封壳2和撑架1组成一个完整的空壳结构，所述前封壳2的前挡板上设有四个为垃圾桶4设立的柜门 3，柜门3的数量和位置和每个垃圾桶4一一对应。
36.使用原理：
37.①
识别垃圾成分；具体步骤如下：使用者通过投放口5将垃圾投入到停驻管道6，当垃圾投入停驻管道6后，开发板上的单片机启动摄像头17获取垃圾图像；本实用新型依靠这
项技术来实现智能垃圾分类的精确性，该系统包括了输入层、卷积层、池化层、全连接层以及输出层，各层的神经元都只与上一层相连；系统使用网络作为特征提取器，在保持其原有权值的基础上，搭建神经网络和进行重新训练；此网络的巧妙之处在于设计了多个模块组，模块组通过使用多个1
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1卷积核和多分支的卷积聚合，极大减少了网络的参数和层数，降低了卷积神经网络的运算量，可以方便快捷地通过图像识别进行垃圾分类；识别垃圾种类时首先经过初始界面进入功能选择界面，其中包含垃圾分类的知识模块以及垃圾投放模块；当用户选择垃圾投放模块会弹出垃圾种类选择界面，即垃圾桶判断启动；通过卷积识别网络判断若为“可回收垃圾”，则发送“可回收垃圾”信号；若不是，则判断是否为“厨余垃圾”，若是，则发送“厨余垃圾”信号；若不是，判断是否属于“有毒有害垃圾”，若是，则发送“有毒有害垃圾”信号；若不是，则判断是否为“其他垃圾”，若是，则发送“其他垃圾”信号；若不是，则重新进行循环判断，但循环次数若超过10次，直接结束本次进程；从卷积识别网络中收到的信号统一通过单口驱动程序发送相应信号给单片机，然后结束本次进程。
38.②
通过垃圾识别的结果将垃圾的落料口确定；具体步骤如下：首先进行信号处理，判断是否有单片机发来的处理信号，若有，则执行处理信号，执行后，继续循环进行信号处理；若无，则启动选择第二舵机12，即启动“门”判断；若接收到了第二舵机12旋转至a位置的信号，则旋转至a位置，并继续循环进行“门”判断，若没有，则判断b位置旋转的开启信号；若同样没有收到b位置旋转开启的信号，则继续进行判断c位置旋转；依次判断至d位置旋转(此逻辑为门逻辑电路，在图7的说明里为了直观叙述，将旋转至指定位置的判定定义为“门”开逻辑门)，若整个过程未接收到4个位置中任意一个的开启信号，则启动判错程序，并结束进程，四个位置分别对应四个垃圾桶4，每个垃圾桶4对应一种垃圾种类以及第二舵机12的旋转位置，可分为a位置
‑
可回收垃圾、b位置
‑
厨余垃圾、c位置
‑
有毒有害垃圾、d位置
‑
其他垃圾。
39.③
投放垃圾；具体步骤如下：当第二舵机12的旋转位置确定后，通过分拨轴14连接在其上连接的分拨管道13的位置就被同理确定，此时单片机收到上个流程位置确定的信息后，执行投放命令，此时单片机控制第一舵机9旋转至停驻挡板10打开的状态，停驻挡板10打开后，垃圾从停驻管道6下落至分拨管道 13，垃圾又通过分拨管道13的导向从分拨管道13的下口的正下方的垃圾桶4 内，以此完成垃圾的分类。
40.④
垃圾桶容量识别；具体步骤如下：首先使用多个红外线传感器16进行垃圾容量的数据采集，单片机通过所测得的高度和垃圾桶的真实内高进行对比，如果所测得的高度和垃圾桶的真实内高的比例达到了90％，也就是垃圾容量是否达到90％，如果未达到则重新测量，否则将数据传输至相关负责部门，进行即时垃圾清理，清理后数据清空，并继续进行测量。
41.⑤
垃圾的转运清理和垃圾桶的更换；具体步骤如下：打开需要更换的垃圾桶 4所对应的柜门3，取出需要清理的垃圾桶4清理垃圾或者更换新的垃圾桶4，再关上柜门3即可。
42.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内；不应将权利要求中的任何附图标记视为限制
所涉及的权利要求。
43.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。