Vol.41/No.18/Westleather 基于物联网的智能垃圾分类系统的概述卢恒煜(华信咨询设计研究院有限公司，浙江杭州310052)摘要：党“十九大”首次将垃圾分类议题写入报告，传统的分类垃圾箱已无法满足城市垃圾分类的需要。
垃圾产量不断增加，垃圾资源的浪费迫使垃圾分类需求日益强烈，合理分配垃圾资源是十九大后亟需解决的问题。
通过使用物联网技术的垃圾箱能有效解决原有垃圾分类的痛点，促使垃圾分类合理化、有效化，同时可以增加相关奖励机制，引导城市垃圾的分类。
关键词：垃圾分类；物联网；智能化中图分类号：TP311文献标志码：A文章编号：1671-1602(2019)18-0075-02近年来，国际经济快速发展，人民的生活水平逐渐提高，在生活、经济水平逐年向好的背景下，国内各大城市的垃圾分类水平却日渐堪忧，因垃圾分类系统的不完善导致各大城市已经被“包围”在“垃圾山”之中。
倘若垃圾分类不能有效开展，不久的将来，城市垃圾填埋场也即将饱和。
为此党的“十九大”首次将垃圾分类问题写入报告，对“加快生态文明体制改革，建设美丽中国”做出重要部署，明确要求“加强固体废弃物和垃圾处置”。
自2019年7月1日起，上海已经成为全国垃圾分类强制执行的试点城市，接下来各大一、二线城市也将先后开展“高标准”的垃圾分类措施，由此基于物联网的智能垃圾分类站也应运而生，为垃圾分类提供相关的监管及便利。
1垃圾分类的必要性“垃圾是放错位置的资源”，这句话可以概况国内垃圾分类的现状，据不完全统计，每年我国有250-300亿元人民币的资源损失是垃圾分类不合理导致的。
由此看来，垃圾的正确合理分类，不仅能有效缓解城市垃圾处理问题，同样可以促使经济的可持续发展。
现有的垃圾处理的主要方式有：垃圾填埋、垃圾焚烧和垃圾堆肥。
如果垃圾分类不完善，会导致整个垃圾末端处理效率降低，资源浪费过大。
例如堆肥垃圾(含水量高)未经分类进入垃圾焚烧厂，会导致垃圾热值过低，降低了整个焚烧厂焚烧效率的同时可能会增加二噁英的排放。
垃圾分类的种类因各个城市人民生活习惯及城市地理位置因素有些许偏差，主要的种类如下：(1)可回收垃圾：主要包括废弃玻璃、金属、塑料、纸张等可以回收利用的垃圾；(2)易腐垃圾(厨余垃圾)：主要为容易腐烂的生物质垃圾，例如剩饭剩菜、植物、餐余垃圾等；(3)有害垃圾：主要为对人体健康有害含有重金属及有毒物的垃圾，如废旧电池、废药品等；(4)其他垃圾：主要是一些干垃圾，对环境影响基本无危害，但无再次利用价值(除去上述三类垃圾外的垃圾)。
2物联网智能垃圾箱的技术及设计目前基于物联网的智能垃圾分类桶主要采用了射频识别技术，即RFID技术。
RFID技术主要原理是通过阅读设备与相对应的数据标签进行数据通信并有效识别的过程。
数据标签通过与阅读设备之间的感应电流发送标签内的数据信息，或者通过标签主动发送信号由阅读设备接收，再将相关读取信息解码送至服务器处理，达到数据传输的目的。
RFID技术的主要优势在于能够快速识别带有相应RFID标签的物品；RFID标签体积小，适合各类设备；抗污染能力和耐久性强；RFID阅读设备具有良好的穿透性，对承载物的材质要求不高；RFID技术安全性能较好。
物联网RFID智能垃圾箱内使用该类RFID芯片，并利用RFID技术为某个小区内住户建立独有的身份识别卡片，住户可以通过卡片在物业等地领取带有RFID识别标签的垃圾袋。
在投放垃圾时，智能垃圾箱会读取垃圾袋上的标签信息，打开相应的垃圾箱盖，确保垃圾正确投放。
RFID还可以通过互联网技术，将读取的信息上传至上端的服务器内，从而可以通过APP、监管平台等对其进行服务和监管。
智能垃圾箱除核心的RFID识别技术正确引导垃圾投放外，通常还会设有各种模块功能，确保垃圾的有效清运及设备的安全。
主要有如下模块及功能：红外模块：红外模块主要用于检测是否有人员靠近垃圾箱，从而判断是否启动垃圾箱的工作。
超声波模块：超声波模块是安装于智能垃圾箱内的模块，根据垃圾箱的形状及大小布置相关模块的位置及数量，主要用于检测垃圾箱内垃圾的高度位置，从而判断垃圾箱的满载程度，同时可以设置相关灯源对投放垃圾的住户给予提醒。
同时垃圾的满载情况可以通过与上端服务器的连接，将数据传送至市政部门，及时清运垃圾。
温湿度模块：用于监控垃圾箱内的温湿度，防止高温及火灾现象，提前通过服务器发送相关情况。
风扇模块：主要是用于厨余垃圾内，防止垃圾分解产生的甲烷等气体集中在垃圾箱内，避免发生爆炸和火灾情况。
重量模块：主要用于垃圾称重，可以用于可回收垃圾的称重，从而设定相关积分奖励机制，计算用户的回收量，从而给居民带去小福利。
GPS、无线模块：GPS模块主要用于住户寻找距离最近的垃圾箱，无线模块主要是通过ZigBee技术，将某一社区或街道的智能垃圾箱设定在同一网段下，采集相关垃圾箱数据，上传至上端服务器，对其进行监管和服务。
一个街道或者社区内的智能垃圾箱的主要设计框架为：社区内的N个垃圾箱通过无线模块组件为一个智能垃圾箱网络，将每一个智能垃圾箱内各个模块内采集到的数据上传至该区域内的核心服务器，进行保存和处理，再通过互联网，将数据传送至监管部门，同时垃圾箱和服务器之间的通讯协议需要满足MQTT协议，以保证数据的实时性。
3智能垃圾箱的工作流程通过对上述垃圾箱的设计和投放，可以有效引导街道、社区内的居民进行垃圾分类工作，智能垃圾箱的主要工作流程如下：作者简介：卢恒煜(1993-),男，汉族，浙江杭州，项目工程师，工程硕士，华信咨询设计研究院有限公司。
75a缶Ml theories and research 血呼反丰理逢与研究图1用户启动RFID垃圾箱投递流程图图2RFID垃圾箱分类流程图社区居民持身份卡前往智能垃圾箱投递垃圾，由RFID阅读设备识别其信息，确定其是否为该智能垃圾箱网络内的用户并在显示(上接第74页)接收被测系统的输出数据直接输出给监视器，再通过计分板进行比对，最后将验证结果写入日志文件。
该验证平台的最底层为信号层，通过SystemVerilog中的接口结构连接验证平台与被测系统，用时钟块实现同步，为被测异构路由系统提供信号级的连接。
功能覆盖率模块中定义被测异构路由系统的所有功能点，通过覆盖率报告发现设计中的缺陷。
此外，插入断言能较容易地发现系统设计的内部错误，显著提高了验证的可控制性和可观察性。
图2基于VMM的分层验证平台图2所示验证平台中的各对象模块是VMM基类及其扩展类的实例化，其中所涉及到的VMM基本类有vmm_env、vmm_xactor、vmm_ data、vmm_scenario,gen、vmm_channel和vmm_xactor_callbacks等。
此外，为了提高异构载荷路由系统仿真验证效率，避免软件仿真器造成的仿真性能瓶颈，本文的验证系统采用了硬件加速器，即利用物理屏上显示其用户信息。
用户将带有RFID标签的垃圾袋靠近RFID阅读设备，识别后打开相对应垃圾的盖子，供用户投递；对于体积较大的垃圾，可以采用住户手动输入的方式(此方法需要有相应监管措施)。
住户将垃圾扔入对应垃圾箱后，如果是可回收垃圾，会进行自动称重，之后垃圾箱关闭并测量垃圾箱内的满载情况，将数据上传至服务器内，更新服务器数据。
对于温度等数据，模块会进行定时测量，将数据上传至服务器内更新管理。
4结语基于物联网的智能垃圾箱的研发能够在垃圾分类初期很好地引导城市居民培养正确的垃圾分类意识并正确进行垃圾分类。
在使用智能垃圾分类箱的同时，使用可回收垃圾进行积分鼓励的方法也能够在一定程度上调动居民主动进行垃圾分类的积极性。
通过智能垃圾箱基于物联网技术识别居民信息和垃圾信息能够很好得监管、培养居民垃圾分类的习惯，通过无线模块及互联网技术，可以掌握整个社区乃至城市的垃圾分类数据，十分有助于整个城市垃圾进一步利用和管理的发展，实现更好的末端处理。
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总之，随着大规模系统设计复杂度的增长，同时系统的验证复杂度也逐渐上升，导致了系统设计能力和系统验证能力之间出现了鸿沟，本文采用基于新提出的VMM的功能验证方法针对异构载荷路由系统设计并实现了可扩展的分层验证平台，覆盖到了所有功能场景的边界情况，满足了测试充分性要求，且可重用的验证平台实现了验证过程的自动化，极大地提高了验证效率。
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