[发明专利]一种城市垃圾箱监控装置及其工作流程

权利要求书

1.一种城市垃圾箱监控装置，其特征在于，包括垃圾箱体、超声检测模块、温度检测模块、重量检测模块、太阳能供电模块、通讯模块和主控单元，所述超声检测模块、温度检测模块、重量检测模块、太阳能供电模块、通讯模块和主控单元均安装在垃圾箱体上，超声检测模块、温度检测模块、重量检测模块、太阳能供电模块和通讯模块均与主控单元电性连接，垃圾箱体外部设置有垃圾投入口，超声检测模块的数量为两个以上并且超声检测模块采用X×Y的阵列式安装在垃圾箱体内侧的顶部，重量检测模块包括称重传感器和托板，托板的尺寸与垃圾箱体内底面的尺寸相同，称重传感器安装在托板上并且称重传感器与主控单元电性连接，太阳能供电模块安装在垃圾箱体的顶部。

2.根据权利要求1所述的城市垃圾箱监控装置，其特征在于，所述垃圾箱体的长度为2-4米，宽度为1-2米，高度为1-2米。

3.根据权利要求1或2所述的城市垃圾箱监控装置，其特征在于，所述超声检测模块包括超声测距传感器、云台、舵机和控制电路，超声测距传感器安装在云台上，舵机采用控制电路驱动，控制电路和超声测距传感器均与主控单元电性连接。

4.根据权利要求1所述的城市垃圾箱监控装置，其特征在于，所述太阳能供电模块包括太阳能电池、太阳能控制器和蓄电池，通讯模块采用窄带物联网的无线通信模块或ZigBee通信模块。

5.一种如权利要求1-4任一所述的城市垃圾箱监控装置的工作流程，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一，将M个超声检测模块按X×Y的阵列式分布排列安装在垃圾箱体内侧的顶部位置，并进行角度校正，保证各个超声检测模块在安装时，舵机旋转45°角时超声测距传感器测距方向垂直于垃圾箱体底面，且旋转平面垂直于垃圾箱体长度方向；

步骤二，设置体积判定阈值、重量判定阈值和温度判定阈值分别为V_threshold、M_threshold和T_threshold；

步骤三，主控单元采集温度检测模块所采集的垃圾箱体内的温度信息T，当检测的温度信息T高于预设的温度判定阈值T_threshold，则判定判定当前垃圾箱体存在异常高温，通过所述的通讯模块向云服务平台发出警报需要进行维护；

步骤四，主控单元根据温度检测模块采集的温度信息T对各个超声检测模块的检测算法进行温度补偿；其温度补偿的超声波速度为各超声检测模块采用回波测距法获得的各点处距离为其中，Δt表示超声波发出到接收回波的时间差；

步骤五，主控单元驱动各超声检测模块的舵机，使各个超声检测模块的超声测距传感器开始进行检测，并以每旋转3°超声检测模块测量一次距离的节奏进行检测，则每个超声检测模块各自获得包含31数值的一维数组

D(x,y)＝{d_(x,y,0),d_(x,y,1),d_(x,y,2),……,d_(x,y,30)}

d_(x,y,0),d_(x,y,1),……,d_(x,y,30)分别表示沿垃圾箱体长度方向上第x行、垂直于垃圾箱体长度方向上第y列的超声检测模块分别在0°,3°,……,90°旋转角时采集距离数值；

步骤六，若X＝1，则主控单元不进行数据修正；而如果X>1，则主控单元对X方向上的两个一维数组进行修正，消除相邻的两个超声检测模块因检测区域重叠而引起的数据重复；修正的方式是通过对两个数组分别求一阶导数，如果前一个数组的后10位数值中与后一个数组的前10位中，相等个数的导数相等时，认为存在区域重叠，则：下一个数组中重叠区域对应数值的系数置为0，或者前后两个数组重叠区域对应数值的系数都置为0.5；

步骤七，主控单元计算整个垃圾箱体内垃圾的体积信息，计算公式如下所示：

其中，γ(x,y)为每个超声检测模块检测数据对应的系数；

步骤八，当主控单元计算的体积V大于预设的体积判定阈值V_threshold，则判定当前垃圾箱体存储量较高，通过通讯模块向云服务平台发出警报需要进行清理；

步骤九，主控单元根据重量检测模块中四个称重传感器采集的重量数据，计算垃圾总重量M_total＝M₁+M₂+M₃+M₄，其中M₁、M₂、M₃、M₄为四个称重传感器分别采集的重量数据；

步骤十，当重量数据超过预设的重量判断阈值M_threshold时，则判定当前垃圾箱体的存储量超重，通过通讯模块向云服务平台发出警报需要进行清理；从而实现对垃圾箱体存储量的实时监测与预报清理。