基于智能垃圾桶的网络管理系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种物联网领域的技术，具体是一种基于智能垃圾桶的网络管理 系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 城市垃圾的清运工作一直是城市环保方面的重要问题，现代城市生活垃圾的主要 特点是数量多、体积大，但是相对密度低、可压缩性强。目前的城市垃圾桶管理方式效率低 下，需要投入大量的人力与物力，给城市的垃圾清运工作带来巨大的负荷。
[0003] 从根本上解决垃圾清运问题，首先需要控制垃圾的源头，而对垃圾桶中的垃圾进 行压缩是一种可靠的处理方式;进而通过物联网实现对城市各角落垃圾桶的智能化、信息 化和效率化管理，掌握各垃圾桶的垃圾装载信息以及需要清理的频率，形成网络化管理，能 够有效地提高清洁工人的工作效率。
[0004] 目前的智能垃圾桶虽然很多都具有垃圾压缩功能，但结构复杂、造价昂贵，不适合 大规模推广应用，与此同时智能垃圾桶缺少有效的网络化管理，整体效率较低。
[0005] 经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN105046403A，公开（公告）日 2015.11.11，公开了一种小区智能垃圾桶的物联网管理系统，该系统包括：至少一个垃圾 桶，每个垃圾桶上均设有传感器组件和信息接收传输模块，传感器组件与信息接收传输模 块通信连接，能获取垃圾桶状态信息并经信息接收传输模块发送;管理服务器，设有信息接 收模块，与各垃圾桶的信息接收传输模块通信连接，能接收各垃圾桶的信息接收传输模块 发送的垃圾桶状态信息，根据垃圾桶状态信息给出各垃圾桶的实时状态的提示信息。该发 明不具有垃圾压缩结构，因此不能有效提高垃圾桶的垃圾装载量;且信息的反馈未形成网 络化管理，智能化以及效率化不够;另外传感器种类繁多，综合利用率不高，浪费资源，增加 了单个垃圾桶的造价以及维修费用，不利于广泛推广使用。
[0006] 中国专利文献号0呢038772931]，公开（公告）日2014.10.15，公开一种太阳能自动 压缩垃圾筒，包括:垃圾筒壳体及设置于内部的垃圾筒本体，所述垃圾筒壳体设有利用太阳 能发电的能源驱动系统、带有剪叉机构的压缩装置及包含GPS定位模块及GPRS通信模块的 控制系统。但是该实用新型没有对垃圾桶内垃圾装载量以及反馈的信息进行网络化管理， 无法有效的降低垃圾清运工作中人力物力的投入，不利于城市物联网的构建。
【发明内容】
[0007] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种基于智能垃圾桶的网络管理系 统及其控制方法，能够实现垃圾的自动压缩及高效清运。
[0008] 本发明是通过以下技术方案实现的，
[0009] 本发明涉及一种基于智能垃圾桶的网络管理系统，包括：智能垃圾桶和与之互连 通信的信息交互平台，其中：
[0010] 所述的控制模块包括:单片机、人机交互模块、超声波测距模块、称重模块、GPS模 块、GPRS模块、数据存储模块和伺服电机驱动器，其中：人机交互模块与单片机相连并传输 控制信号，GPS模块与单片机相连并传输定位信号，超声波测距模块与单片机相连并传输垃 圾高度信号，称重模块与单片机相连并传输垃圾重量信号，单片机与伺服电机驱动器相连 并传输压缩装置驱动控制信号，数据存储模块与单片机相连并传输智能垃圾桶的状态信 号，单片机与GPRS模块相连并传输无线电通信控制信号，GPRS模块与信息交互平台相连并 传输智能垃圾桶工作信息，信息交互平台与GPRS模块相连并传输反馈控制信号，GPRS模块 将反馈控制信号传输至单片机，单片机进行反馈控制。
[0011] 所述的智能垃圾桶包括:太阳能动力模块、控制模块、压缩装置、电源模块和伺服 电机，其中：太阳能动力模块分别与电源模块、伺服电机相连并为控制模块、压缩装置提供 电能，控制模块与压缩装置相连并输出压缩控制信息，控制模块与信息交互平台相连并输 出智能垃圾桶工作信息，信息交互平台通过其逻辑层根据智能垃圾桶工作信息进行智能垃 圾桶工况判断和决策，并实现人机交互。
[0012] 所述的信息交互平台包括：由上至下且上下层间能相互通信的表示层、逻辑层和 数据层，其中：表示层为客户提供应用服务的图形界面;逻辑层封装了与智能垃圾桶网络管 理关联的应用模型，将封装的模式呈现给客户应用程序，根据反映智能垃圾桶状态的数据 进行事件判断，提供客户应用程序和数据服务之间的联系;数据层定义、维护、访问和更新 数据，管理和满足应用服务对数据的请求。
[0013] 所述智能垃圾桶工作信息包括:位置编号、剩余容量、压缩频率、能耗、单次压缩容 量、单次压缩能耗、单次压缩垃圾重量、单日垃圾重量和单日垃圾桶能耗、单位能耗压缩质 量和单位能耗工作时长。
[0014] 本发明涉及上述系统的控制方法，包括以下步骤：
[0015] Si，信息交互平台根据采集的智能垃圾桶工作信息，进行工况分析，将智能垃圾桶 工况归入以下几个类别中：正常工作、需要压缩、等待清运、轻微故障或严重故障；
[0016] &，针对工况分析结果采取应对处理措施:如果为正常工作、需要压缩或轻微故障 时，信息交互平台与控制模块通信，继续控制智能垃圾桶工作；如果为等待清运时，信息交 互平台进行清运路径规划，并与控制模块通信，控制智能垃圾桶停止工作;如果为严重故障 时，信息交互平台与控制模块通信，控制智能垃圾桶停止工作，避免造成其他部件的损坏； 同时信息交互平台针对轻微故障或严重故障进行报修处理。
[0017] 所述的工况分析是指采用自组织模糊神经网络算法根据历史样本数据建立工况 分类模型，据此分析当前各智能垃圾桶的工况，包括以下步骤：
[0018] Sn，定义工况类型和历史样本数据对应的输出工况;定义历史样本数据中各变量 的语言值等级，确定历史样本数据隶属度中心值和宽度值；
[0019] S12，对历史样本数据进行标准化处理得到标准样本数据，计算标准样本数据的隶 属度，利用标准样本数据及其隶属度、输出工况进行自组织模糊神经网络的竞争学习，得出 模糊推理规则，即训练得到自组织模糊神经网络工况分类模型；
[0020] S13,对于当前实时的每个智能垃圾桶工作信息数据进行模糊化处理，计算每个智 能垃圾桶的输出工况，最后对输出工况进行去模糊化处理，从而判断各智能垃圾桶对应的 工况。
[0021] 所述的正常工作是指不需要触发压缩动作的状态;所述的需要压缩是指在达到智 能垃圾桶容量、能耗的阈值需要压缩处理的状态;所述的轻微故障是指智能垃圾桶出现异 常，但是不影响垃圾压缩处理的状态;所述的严重故障是指出现的故障影响到垃圾压缩处 理，如果继续执行压缩可能会损坏其他部件的状态;所述的等待清运是指智能垃圾桶装载 量达到阈值需要清运的状态。 技术效果
[0022]与现有技术相比，本发明基于传统垃圾桶优化改造的太阳能可压缩智能垃圾桶系 统，将采集到的信息通过信息交互平台进行计算，避免单个智能垃圾桶设计的复杂性，而信 息交互平台与大量的智能垃圾桶互连通信保证了工况分析模型的准确性，可以应用到展 会、商场、景区、街道、工厂、小区等人口密集处，且不受原有垃圾桶布置的限制，提高清运效 率，减少能耗。
【附图说明】
[0023]图1为本发明中智能垃圾桶及信息交互平台示意图；
[0024]图2为本发明中智能垃圾桶的压缩装置简图；
[0025]图3为本发明中控制模块结构图；
[0026] 图4为本发明中信息交互平台的控制流程图；
[0027] 图5为本发明中信息交互平台的功能框架图；
[0028]图6为本发明中信息交互平台的结构示意图；
[0029]图中：智能垃圾桶1、控制模块2、单片机21、人机交互模块22、键盘模块221、IXD显 示模块222、超声波测距模块23、发射电路231、超声波发射探头232、超声波接受探头233、接 受电路234、称重模块24、称重传感器241、放大器242、A/D转换器243、GPS模块25、GPRS模块 26、数据存储模块27、伺服电机驱动器28、太阳能动力模块7、压缩装置5、电源模块8、伺服电 机9、信息交互平台10。
【具体实施方式】
[0030] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 实施例1
[0031] 本实施例包括:智能垃圾桶1和与之互连通信的信息交互平台10;
[0032] 如图1所示，所述的智能垃圾桶1包括:控制模块2、太阳能动力模块7、压缩装置5、 电源模块8和伺服电机9,其中：太阳能动力模块7与电源模块8、伺服电机9相连并分别为控 制模块2、压缩装置5提供电能，控制模块2与压缩装置5相连并输出压缩控制信息，控制模块 2与信息交互平台10相连并输出智能垃圾桶工作信息，信息交互平台10通过其逻辑层根据 智能垃圾桶工作信息进行智能垃圾桶工况判断和决策，并实现人机交互。
[0033]如图3所示，所述的控制模块2包括:单片机21、人机交互模块22、超声波测距模块 23、称重模块24、GPS模块25、GPRS模块26、数据存储模块27和伺服电机驱动器28,其中：人机 交互模块22与单片机21相连并传输控制信号，GPS模块25与单片机21相连并传输定位信号， 超声波测距模块23与单片机21相连并传输垃圾高度信号，称重模块24与单片机21相连并传 输垃圾重量信号，单片机21与伺服电机驱动器28相连并传输压缩装置驱动控制信号，数据 存储模块27与单片机21相连并传输智能垃圾桶1的状态信号，单片机21与GPRS模块26相连 并传输无线电通信控制信号，GPRS模块26与信息交互平台10相连并传输智能垃圾桶工作信 息，信息交互平台10与GPRS模块26相连并传输反馈控制信号，GPRS模块26将反馈控制信号 传输至单片机21，单片机10进行反馈控制。
[0034]所述的超声波测距模块23设置在智能垃圾桶内顶部包括:发射电路231、超声波发 射探头232、超声波接受探头233和接受电路234,其中：单片机21的控制信号经发射电路231 输出至超声波发射探头232,超声波发射探头232发出超声波，经超声波接受探头233捕获后 由接受电路234进行检查，最后输出至单片机21进行分析，单片机21通过超声波信号发出和 接收的两个脉冲时间