[发明专利]基于超声传感器阵列的垃圾分类方法及其系统

权利要求书

1.一种基于超声传感器阵列的垃圾分类方法，其特征在于：其包括以下步骤：

(1)往执行机构上放置垃圾；

(2)超声波发射传感器向执行机构上的垃圾发射超声波；

(3)获取预设垃圾的测试数据，其中所述的测试数据为超声波接收传感器返回的模拟电压；

(4)提取获得的测试数据中的特征数据，并对特征数据预处理；

(5)将特征数据作为输入样本数据输入到定义好的网络模型中训练，获得分类模型；

(6)根据分类模型结果执行机构移动到预测类的垃圾桶上方进行投放垃圾动作；

所述步骤(5)具体包括以下步骤：将样本数据按8：1：1的比例随机分成三部分，分别表示训练集、验证集、测试集，并对训练样本数据作归一化处理；将归一化后的训练样本数据的每组数据作为神经网络的输入，采用全连接神经网络作为分类模型，其中网络共3层，输入层接收输入样本，隐藏层提取样本特征，输出层输出分类类别；将训练集输入到网络中，采用反向传播误差的方法迭代训练n次，其中每迭代20批次的训练样本后，输入一个批次的验证集；n次迭代结束后，输入测试集测试其预测准确率，在精度满足分类需求的情况后，固定模型参数，获得分类模型。

2.根据权利要求1所述的基于超声传感器阵列的垃圾分类方法，其特征在于：

所述步骤(4)具体包括以下步骤：

(4.1)对采集的原始电压值做带通滤波处理，滤除掉40KHz以外的噪声信号；

(4.2)采集的每个超声波接收传感器离散电压值中的最大值，其中离散电压值是同一目标物在同一姿态下超声波接收传感器返回的电压值；

(4.3)各个超声波发射传感器依次单独循环工作，所有超声波接收传感器同时工作，采集同一目标物在不同姿态下的多组数据，将这些多组数据中的最大值构成一组样本数据。

3.根据权利要求2所述的基于超声传感器阵列的垃圾分类方法，其特征在于：所述目标物为金属、塑料或泡沫。

4.根据权利要求1所述的基于超声传感器阵列的垃圾分类方法，其特征在于：所述步骤(6)具体包括以下步骤：

(6.1)根据分类模型结果控制垃圾托放平台移动到预测类的垃圾桶上方；

(6.2)垃圾托放平台上的阀门打开，实现将其上的垃圾投入位于其下方位置的垃圾桶。

5.一种基于超声传感器阵列的垃圾分类系统，其特征在于：其包括垃圾外箱、垃圾桶、超声传感器收发阵列、信号处理单元和执行机构，若干垃圾桶并排设置在垃圾外箱的下部，所述执行机构设置在垃圾外箱的上部，并能水平移动往各个垃圾桶投放垃圾；对应执行机构所处的初始位置于所述垃圾外箱的顶面设有与垃圾投放口，超声传感器收发阵列对应执行机构的位置设置在垃圾外箱的内壁上，所述执行机构分别与所述超声传感器收发阵列和执行机构相连接；

所述信号处理单元包括升压电路、AD采集电路、滤波放大电路以及单片机，所述超声波发射传感器通过升压电路与单片机相连接，所述超声波接收传感器依次通过滤波放大电路、AD采集电路与单片机相连接；

所述执行机构包括滑轨、垃圾托放平台、电机和继电器，所述滑轨沿垃圾桶的排列方向设置在垃圾外箱的内壁上，所述垃圾托放平台的底面设有与所述滑轨相适配的滚轮，所述电机通过传动组件驱动滚轮转动，所述垃圾托放平台的中部位置设有阀门和可以控制该阀门开合的控制装置，该控制装置与所述继电器相连接。

6.根据权利要求5所述的基于超声传感器阵列的垃圾分类系统，其特征在于：所述超声传感器收发阵列包括超声波发射传感器和超声波接收传感器，所述超声波接收传感器数量为32个，分为两组接收阵列，超声波发射传感器的数量为6个，每一组接收阵列均设有3个超声波发射传感器。