基于智能垃圾桶的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種基于智能垃圾桶的網(wǎng)絡(luò)管理 系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 城市垃圾的清運工作一直是城市環(huán)保方面的重要問題，現(xiàn)代城市生活垃圾的主要 特點是數(shù)量多、體積大，但是相對密度低、可壓縮性強。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與物力，給城市的垃圾清運工作帶來巨大的負荷。
[0003] 從根本上解決垃圾清運問題，首先需要控制垃圾的源頭，而對垃圾桶中的垃圾進 行壓縮是一種可靠的處理方式;進而通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對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裝載信息以及需要清理的頻率，形成網(wǎng)絡(luò)化管理，能 夠有效地提高清潔工人的工作效率。
[0004] 目前的智能垃圾桶雖然很多都具有垃圾壓縮功能，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴，不適合 大規(guī)模推廣應(yīng)用，與此同時智能垃圾桶缺少有效的網(wǎng)絡(luò)化管理，整體效率較低。
[0005] 經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN105046403A，公開（公告）日 2015.11.11，公開了一種小區(qū)智能垃圾桶的物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：至少一個垃圾 桶，每個垃圾桶上均設(shè)有傳感器組件和信息接收傳輸模塊，傳感器組件與信息接收傳輸模 塊通信連接，能獲取垃圾桶狀態(tài)信息并經(jīng)信息接收傳輸模塊發(fā)送;管理服務(wù)器，設(shè)有信息接 收模塊，與各垃圾桶的信息接收傳輸模塊通信連接，能接收各垃圾桶的信息接收傳輸模塊 發(fā)送的垃圾桶狀態(tài)信息，根據(jù)垃圾桶狀態(tài)信息給出各垃圾桶的實時狀態(tài)的提示信息。該發(fā) 明不具有垃圾壓縮結(jié)構(gòu)，因此不能有效提高垃圾桶的垃圾裝載量;且信息的反饋未形成網(wǎng) 絡(luò)化管理，智能化以及效率化不夠;另外傳感器種類繁多，綜合利用率不高，浪費資源，增加 了單個垃圾桶的造價以及維修費用，不利于廣泛推廣使用。
[0006] 中國專利文獻號0呢038772931]，公開（公告）日2014.10.15，公開一種太陽能自動 壓縮垃圾筒，包括:垃圾筒殼體及設(shè)置于內(nèi)部的垃圾筒本體，所述垃圾筒殼體設(shè)有利用太陽 能發(fā)電的能源驅(qū)動系統(tǒng)、帶有剪叉機構(gòu)的壓縮裝置及包含GPS定位模塊及GPRS通信模塊的 控制系統(tǒng)。但是該實用新型沒有對垃圾桶內(nèi)垃圾裝載量以及反饋的信息進行網(wǎng)絡(luò)化管理， 無法有效的降低垃圾清運工作中人力物力的投入，不利于城市物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出了一種基于智能垃圾桶的網(wǎng)絡(luò)管理系 統(tǒng)及其控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)垃圾的自動壓縮及高效清運。
[0008] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，
[0009] 本發(fā)明涉及一種基于智能垃圾桶的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，包括：智能垃圾桶和與之互連 通信的信息交互平臺，其中：
[0010] 所述的控制模塊包括:單片機、人機交互模塊、超聲波測距模塊、稱重模塊、GPS模 塊、GPRS模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和伺服電機驅(qū)動器，其中：人機交互模塊與單片機相連并傳輸 控制信號，GPS模塊與單片機相連并傳輸定位信號，超聲波測距模塊與單片機相連并傳輸垃 圾高度信號，稱重模塊與單片機相連并傳輸垃圾重量信號，單片機與伺服電機驅(qū)動器相連 并傳輸壓縮裝置驅(qū)動控制信號，數(shù)據(jù)存儲模塊與單片機相連并傳輸智能垃圾桶的狀態(tài)信 號，單片機與GPRS模塊相連并傳輸無線電通信控制信號，GPRS模塊與信息交互平臺相連并 傳輸智能垃圾桶工作信息，信息交互平臺與GPRS模塊相連并傳輸反饋控制信號，GPRS模塊 將反饋控制信號傳輸至單片機，單片機進行反饋控制。
[0011] 所述的智能垃圾桶包括:太陽能動力模塊、控制模塊、壓縮裝置、電源模塊和伺服 電機，其中：太陽能動力模塊分別與電源模塊、伺服電機相連并為控制模塊、壓縮裝置提供 電能，控制模塊與壓縮裝置相連并輸出壓縮控制信息，控制模塊與信息交互平臺相連并輸 出智能垃圾桶工作信息，信息交互平臺通過其邏輯層根據(jù)智能垃圾桶工作信息進行智能垃 圾桶工況判斷和決策，并實現(xiàn)人機交互。
[0012] 所述的信息交互平臺包括：由上至下且上下層間能相互通信的表示層、邏輯層和 數(shù)據(jù)層，其中：表示層為客戶提供應(yīng)用服務(wù)的圖形界面;邏輯層封裝了與智能垃圾桶網(wǎng)絡(luò)管 理關(guān)聯(lián)的應(yīng)用模型，將封裝的模式呈現(xiàn)給客戶應(yīng)用程序，根據(jù)反映智能垃圾桶狀態(tài)的數(shù)據(jù) 進行事件判斷，提供客戶應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)服務(wù)之間的聯(lián)系;數(shù)據(jù)層定義、維護、訪問和更新 數(shù)據(jù)，管理和滿足應(yīng)用服務(wù)對數(shù)據(jù)的請求。
[0013] 所述智能垃圾桶工作信息包括:位置編號、剩余容量、壓縮頻率、能耗、單次壓縮容 量、單次壓縮能耗、單次壓縮垃圾重量、單日垃圾重量和單日垃圾桶能耗、單位能耗壓縮質(zhì) 量和單位能耗工作時長。
[0014] 本發(fā)明涉及上述系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：
[0015] Si，信息交互平臺根據(jù)采集的智能垃圾桶工作信息，進行工況分析，將智能垃圾桶 工況歸入以下幾個類別中：正常工作、需要壓縮、等待清運、輕微故障或嚴重故障；
[0016] &，針對工況分析結(jié)果采取應(yīng)對處理措施:如果為正常工作、需要壓縮或輕微故障 時，信息交互平臺與控制模塊通信，繼續(xù)控制智能垃圾桶工作；如果為等待清運時，信息交 互平臺進行清運路徑規(guī)劃，并與控制模塊通信，控制智能垃圾桶停止工作;如果為嚴重故障 時，信息交互平臺與控制模塊通信，控制智能垃圾桶停止工作，避免造成其他部件的損壞； 同時信息交互平臺針對輕微故障或嚴重故障進行報修處理。
[0017] 所述的工況分析是指采用自組織模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法根據(jù)歷史樣本數(shù)據(jù)建立工況 分類模型，據(jù)此分析當(dāng)前各智能垃圾桶的工況，包括以下步驟：
[0018] Sn，定義工況類型和歷史樣本數(shù)據(jù)對應(yīng)的輸出工況;定義歷史樣本數(shù)據(jù)中各變量 的語言值等級，確定歷史樣本數(shù)據(jù)隸屬度中心值和寬度值；
[0019] S12，對歷史樣本數(shù)據(jù)進行標準化處理得到標準樣本數(shù)據(jù)，計算標準樣本數(shù)據(jù)的隸 屬度，利用標準樣本數(shù)據(jù)及其隸屬度、輸出工況進行自組織模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的競爭學(xué)習(xí)，得出 模糊推理規(guī)則，即訓(xùn)練得到自組織模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工況分類模型；
[0020] S13,對于當(dāng)前實時的每個智能垃圾桶工作信息數(shù)據(jù)進行模糊化處理，計算每個智 能垃圾桶的輸出工況，最后對輸出工況進行去模糊化處理，從而判斷各智能垃圾桶對應(yīng)的 工況。
[0021] 所述的正常工作是指不需要觸發(fā)壓縮動作的狀態(tài);所述的需要壓縮是指在達到智 能垃圾桶容量、能耗的閾值需要壓縮處理的狀態(tài);所述的輕微故障是指智能垃圾桶出現(xiàn)異 常，但是不影響垃圾壓縮處理的狀態(tài);所述的嚴重故障是指出現(xiàn)的故障影響到垃圾壓縮處 理，如果繼續(xù)執(zhí)行壓縮可能會損壞其他部件的狀態(tài);所述的等待清運是指智能垃圾桶裝載 量達到閾值需要清運的狀態(tài)。 技術(shù)效果
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于傳統(tǒng)垃圾桶優(yōu)化改造的太陽能可壓縮智能垃圾桶系 統(tǒng)，將采集到的信息通過信息交互平臺進行計算，避免單個智能垃圾桶設(shè)計的復(fù)雜性，而信 息交互平臺與大量的智能垃圾桶互連通信保證了工況分析模型的準確性，可以應(yīng)用到展 會、商場、景區(qū)、街道、工廠、小區(qū)等人口密集處，且不受原有垃圾桶布置的限制，提高清運效 率，減少能耗。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明中智能垃圾桶及信息交互平臺示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明中智能垃圾桶的壓縮裝置簡圖；
[0025]圖3為本發(fā)明中控制模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0026] 圖4為本發(fā)明中信息交互平臺的控制流程圖；
[0027] 圖5為本發(fā)明中信息交互平臺的功能框架圖；
[0028]圖6為本發(fā)明中信息交互平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖中：智能垃圾桶1、控制模塊2、單片機21、人機交互模塊22、鍵盤模塊221、IXD顯 示模塊222、超聲波測距模塊23、發(fā)射電路231、超聲波發(fā)射探頭232、超聲波接受探頭233、接 受電路234、稱重模塊24、稱重傳感器241、放大器242、A/D轉(zhuǎn)換器243、GPS模塊25、GPRS模塊 26、數(shù)據(jù)存儲模塊27、伺服電機驅(qū)動器28、太陽能動力模塊7、壓縮裝置5、電源模塊8、伺服電 機9、信息交互平臺10。
【具體實施方式】
[0030] 下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施 例。 實施例1
[0031] 本實施例包括:智能垃圾桶1和與之互連通信的信息交互平臺10;
[0032] 如圖1所示，所述的智能垃圾桶1包括:控制模塊2、太陽能動力模塊7、壓縮裝置5、 電源模塊8和伺服電機9,其中：太陽能動力模塊7與電源模塊8、伺服電機9相連并分別為控 制模塊2、壓縮裝置5提供電能，控制模塊2與壓縮裝置5相連并輸出壓縮控制信息，控制模塊 2與信息交互平臺10相連并輸出智能垃圾桶工作信息，信息交互平臺10通過其邏輯層根據(jù) 智能垃圾桶工作信息進行智能垃圾桶工況判斷和決策，并實現(xiàn)人機交互。
[0033]如圖3所示，所述的控制模塊2包括:單片機21、人機交互模塊22、超聲波測距模塊 23、稱重模塊24、GPS模塊25、GPRS模塊26、數(shù)據(jù)存儲模塊27和伺服電機驅(qū)動器28,其中：人機 交互模塊22與單片機21相連并傳輸控制信號，GPS模塊25與單片機21相連并傳輸定位信號， 超聲波測距模塊23與單片機21相連并傳輸垃圾高度信號，稱重模塊24與單片機21相連并傳 輸垃圾重量信號，單片機21與伺服電機驅(qū)動器28相連并傳輸壓縮裝置驅(qū)動控制信號，數(shù)據(jù) 存儲模塊27與單片機21相連并傳輸智能垃圾桶1的狀態(tài)信號，單片機21與GPRS模塊26相連 并傳輸無線電通信控制信號，GPRS模塊26與信息交互平臺10相連并傳輸智能垃圾桶工作信 息，信息交互平臺10與GPRS模塊26相連并傳輸反饋控制信號，GPRS模塊26將反饋控制信號 傳輸至單片機21，單片機10進行反饋控制。
[0034]所述的超聲波測距模塊23設(shè)置在智能垃圾桶內(nèi)頂部包括:發(fā)射電路231、超聲波發(fā) 射探頭232、超聲波接受探頭233和接受電路234,其中：單片機21的控制信號經(jīng)發(fā)射電路231 輸出至超聲波發(fā)射探頭232,超聲波發(fā)射探頭232發(fā)出超聲波，經(jīng)超聲波接受探頭233捕獲后 由接受電路234進行檢查，最后輸出至單片機21進行分析，單片機21通過超聲波信號發(fā)出和 接收的兩個脈沖時間