“互联网+”校园智能分类垃圾箱设计研究

程靖雯 阿依努尔·曼麦提

新疆科技学院信息科学与工程学院 新疆库尔勒 841000

城市生活垃圾处理不当会造成环境问题，与此同时还有资源浪费的问题，严重影响城市的可持续发展，因此推行垃圾分类显得尤为重要。高校是人员密集的场所，每天会产生大量生活垃圾，生活垃圾的堆积不仅会对身体健康产生影响，也会出现一系列的生态环境问题，基于校园内宿舍楼的生活垃圾随意堆放，加上受库尔勒的大风天气影响，增加了回收垃圾的难度，垃圾以怎样的方式进行回收，成为了需要研究的问题。本文以垃圾分类理念作为依托，试图制作智能分类垃圾箱并在校园内投入使用，在解决校园内垃圾堆放问题的基础上达到美化校园环境的目的。

校园作为重要社区生活场景，每天产生的生活垃圾不容小觑。有统计数据显示，大部分高校学生赞同在垃圾分类回收中垃圾排放者应发挥最大作用，而垃圾投放群体中会进行垃圾分类投放的学生仅占32.5%，想要这样做但不会分类的占10%。这就表明，接受高等教育的大学生有相当一部分是有意进行垃圾分类投放的，不会分类投放的学生，一方面是自身主动性不高，倾向于被动接受垃圾分类知识宣传，另一方面揭示了高校垃圾分类知识宣传工作不足。上海作为强制垃圾分类的首个试点城市，上海的高校自然也强制实行着垃圾分类，而全国其他高校并未真正强制实施生活垃圾分类。一方面是因为虽然大部分高校都设有分类垃圾箱，但大部分的学生并未按要求做到分类，还是随意丢弃垃圾，分类垃圾箱形同虚设；
另一方面是由于学校未能将分类的垃圾按要求分类回收，集中收集导致垃圾再次被混合。

新疆科技学院的教学楼、学生宿舍楼下和路边使用的是普通混合收集的垃圾箱，没有垃圾分类的意识；
食堂对垃圾只是进行了简单的分类，在垃圾箱上张贴纸张将垃圾箱分为装剩饭的和其他垃圾，仍有少部分学生会因没看清或在匆忙的状态下而扔错。经在新疆科技学院内按宿舍楼发放问卷，共12栋学生宿舍楼，每楼发放50份问卷随机抽样调查，统计结果显示86.7%的学生愿意实行垃圾分类，44.17%的学生害怕对垃圾分类错误，而仅有16.3%的学生对垃圾的分类十分清楚。

2.1 政治(Politics)

为深入贯彻党的十九大精神，推进资源全面节约和循环利用，根据《国务院办公厅关于转发国家发展改革委住房城乡建设部生活垃圾分类制度实施方案的通知》(国办发〔2017〕26号)要求，经研究，教育部办公厅等六部门决定在各级各类学校实施生活垃圾分类管理，下发通知对象为各省、自治区、直辖市、新疆生产建设兵团教育厅(教委、教育局)、党委宣传部、发展改革委、环境保护厅(局)、住房和城乡建设厅(局)、机关事务管理部门，部属各高等学校，因此，在推广使用智能分类垃圾箱方面有一定政策支撑。

2.2 经济(Economy)

中国互联网络信息中心(CNNIC)在京发布第48次《中国互联网络发展状况统计报告》显示截至2021年6月，我国网民规模达10.11亿，大学生的比例也日益提高，使用互联网的人群中27%是学生。这充分表明了大学生群体正逐渐成为中国互联网的主力军，同时也是互联网经济的核心使用者和消费者。校园经济是市场经济重要的一个组成部分，学生的消费和市场需求，从学校场景到校外场景，再到互联网，都是不可被忽视的，在校园经济中增大科技投入，是科学技术和教育的有机结合，因此投入使用智能分类垃圾箱可以起到良好的教育作用。

2.3 社会(Society)

校园作为重要社会环境之一，可以说是一个小型社会的缩影，目前新疆科技学院在校人数达到一万多，年龄分布以18～22岁为主，加上教师在内包括青年、中年和老年各个年龄阶段。在学校生活每天会产生生活垃圾，食堂和超市每天也会产生厨余垃圾和可回收垃圾，数量庞大，如不加以分类再回收会造成一定资源的浪费。库尔勒市经常刮大风，普通垃圾箱易被吹翻，不易收集，而智能分类垃圾箱因材质特殊有一定重量，又能锁住垃圾，可以很好地解决这个问题。

2.4 技术(Technology)

当今世界科技迅猛发展，从互联网时代逐步过渡到物联网时代，在我国“物联网智能硬件+移动端软件+云端智能”的结合已经运用得十分普遍。智能分类垃圾箱的扫码解锁技术就是运用物联网和移动设备端结合，通过云端提供信息交互服务，实现扫码解锁等功能。

3.1 设计思路

在校园内各处投放智能垃圾回收箱，整个箱体分为四个单独的回收箱，能分别回收有害垃圾、可回收垃圾、干垃圾和湿垃圾，回收箱上有二维码，需要使用时可用微信扫码进入“回收助手小程序”解锁垃圾箱。

智能垃圾回收箱采用密封防水、耐摔耐火的材料，具备感应功能，如果要投放的对应垃圾箱已经装满，则扫码解锁时小程序提示垃圾已满。在扫码扔完垃圾后点击“完成”回收箱才自动上锁，防止夹手。

3.2 主要功能

3.2.1 小程序的功能

(1)可查询垃圾属于哪个分类，输入垃圾名称即可搜索所属分类。

(2)选择“投入”按钮投入垃圾，输入刚刚投入的垃圾名称并拍摄图片，系统会根据输入名称与图片进行核实。核实无误后根据投入物可回收利用的程度自动获取相应积分，该积分可兑换各种物品(包括生活用品、学习用品、电子科技产品)、考证考级学习资料或餐饮优惠券等。如果出现扔错垃圾的情况，第一次将警告，第二次将扣除垃圾相应积分。

(3)如系统核实投入垃圾与所属分类不符，小程序会显示“该垃圾不属于这里”的提示弹窗。

(4)投完垃圾后点击“完成”垃圾箱才关闭。

3.2.2 智能分类垃圾箱

(1)会自动上锁，需扫码解锁。

(2)如小程序显示“该垃圾不属于这里”的提示弹窗，则垃圾箱不会开启仍然是上锁状态。

(3)具备感应功能。利用红外传感器，当感应到垃圾箱内部已装满时，如有人使用小程序点击“投入”按钮，小程序则弹出“垃圾箱已满”的提示弹窗，垃圾箱不会开启仍然是上锁状态。

3.3 开发环境

(1)微信小程序：使用微信开发者工具进行开发，搭建小程序框架。

(2)图像识别：依托百度智能云平台实现图像识别功能，通过获取asscee_token，利用wx.request方法，请求百度API的URL地址，请求方式按要求是POST方式。然后分别编写了请求完成、请求成功、请求失败的回调函数，最后请求百度图片识别的API接口，即可完成图像识别的功能。

(3)图像获取：通过微信提供的“从本地选择图片或使用相机拍照”的接口wx.chooseImage获取图片，可调用手机相机和相册，即可完成图像获取的功能。

(4)IR障碍物传感器(红外传感器)：根据红外反射原理图1来检测障碍物，当没有物体时，即垃圾箱内垃圾未达到一定高度，红外接收器不接收信号；
当前方有物体阻挡并反射红外光时，即垃圾箱内垃圾达到一定高度，红外接收器将接收信号。红外传感器按以下顺序工作：①IR源(发射器)用于发射所需波长的辐射。这种辐射到达物体并被反射回来。②反射的辐射由IR接收器检测。③然后，IR接收器检测到的辐射会根据其强度进行进一步处理。

图1

(5)智能锁：采用“端—云—用户”三位一体的应用架构图2，首先，用户通过手机微信扫智能垃圾箱上的小程序二维码，向云端发起解锁请求。其次，云端会对用户和智能垃圾箱的信息进行核查，完成核查后将解锁的指令发送给智能垃圾箱智能锁，智能锁开启后向云端返回“解锁成功”的信息，云端收到后立即通知用户手机。

图2

目前国内的智能分类垃圾箱大致是两种趋势，一是走向“智能化”路线，二是仅仅针对垃圾箱的外形、色彩或者部分结构进行改造。前者在使用上增加了成本，后者并未在根本上实现垃圾分类。所以我们的智能分类垃圾箱的设计综合上述的两种垃圾箱的设计，既采用了智能化的路线，又对结构进行了改良，尽可能在控制成本的前提下设计出大众满意度高的智能分类垃圾箱。智能分类垃圾箱是根据社会发展需要而提出的项目，既是为高校服务，也是为社会大众服务。因此，首先在高校内大力宣传和倡导垃圾分类，并介绍智能分类垃圾箱的使用方法，当分类效果达到一定程度之后就可以将这款智能分类垃圾箱向社会推广，根据需要在一些特定的场合投放使用，为大众提供服务，同时可以在网上进行销售，通过电子商务拓宽市场。另外，我们在初投放使用的阶段可以通过积分奖惩的方式来吸引更多的人来使用，提高大家使用的积极性，同时让大家对垃圾分类有更好的认识，促使大家养成垃圾分类的好习惯。

相比传统垃圾箱，智能分类垃圾箱能使学生们养成垃圾分类的习惯，并科普关于垃圾分类的知识。推行垃圾分类不仅会对环境和资源等方面有着积极影响，还会使得人们意识到垃圾分类给生活带来的好处，借此提升自己的道德修养，久而久之，节约和垃圾分类的思想观念会慢慢在脑海之中深耕加固。高校实施垃圾分类对建立资源节约型和环境友好型社会有着重大意义，由高校入手更容易在全国范围内推广，不仅提高了学生的环保意识，垃圾分类也是人文精神的一种展现。垃圾一方面破坏生态环境，侵占土地资源；
另一方面垃圾包含多种有用物质，如果这些校园垃圾资源可以被分类回收，不仅能防止环境污染，减少校园垃圾量，以提升环境质量，而且推动资源回收再利用也将是一笔可观的财富。所以培养垃圾减量化、资源回收的正确观念及习惯，落实校园环保教育意义重大。

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