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智能分类垃圾桶已逐步走进人们的生活，其蕴含的科学原理也具备一定的探究价值。其教学项目的开发与制作过程不仅能让学生体验人工智能技术的应用，也能让学生参与到垃圾分类的实践活动中，有效提升他们的创新实践能力和问题解决能力。
本文针对“智能分类垃圾桶”项目进一步创新优化，设计出了一款全自动、低成本的智能分类垃圾桶。
在材料选择上，我们选用了Kendryte K210处理器为核心开发的人工智能摄像头模块（以下简称人工智能摄像头）作为图像识别设备，Arduino UNO控制板作为整个系统的控制核心，同时搭配超声波传感器、舵机模块、红外感应器、LED灯带、MP3模块等共同完成工作。各个部分的传感器协调配合工作，实现了全自动智能垃圾分类的功能，同时还具备一定的“人—桶”交互功能（如图1）。
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整体功能的创新设计
本项目从自动感应、图像识别、全自动投放、溢满判断和语音播报五个方面对智能分类垃圾桶进行创新设计。项目的工作流程如图2所示。
图 2 全自动智能分类垃圾桶工作流程图
1.自动感应
为解决垃圾桶的异味问题，我们在垃圾桶的投放口增加了一个红外感应门，使用红外感应器判断是否有人靠近。当用户靠近垃圾桶时，红外感应器感应到人，舵机转动，带动感应门，打开垃圾桶盖，用户便可投放垃圾。其中，位于垃圾桶上方的托盘供用户放置垃圾。较之传统的脚踩开盖式垃圾桶，自动感应开盖能为用户带来更好的使用体验。
2.图像识别
我们将图片垃圾替换成实物垃圾或由3D打印制作的“立体垃圾”，以最大限度地模拟真实使用场景。我们在使用人工智能摄像头进行图像识别时，增加了模型训练的过程，即先采集所有垃圾的图像，再标记数据集，经过多次迭代训练，人工摄像头便能自动识别出垃圾的类型。在教学中，教师若能以该方式引导学生探索体验计算机识别图像的整个过程，学生必然会认识到数据对结果的重要性，进一步掌握图像识别原理。
3.全自动投放
在智能垃圾桶的投放功能上，我们创新性地使用两个舵机控制托盘的左右和上下移动：通过左右移动，将垃圾运载到相应的垃圾收集箱上方；通过上下移动倾倒垃圾，从而自动、精准地投放垃圾。全自动投放是本作品最主要的功能，也是最大的创新点。它已初步实现了对单个垃圾从“扔”到“分类”再到“精准投放”的全自动过程。教学项目中若增加类似的功能，不仅能创新项目的功能，还能更加贴合实际需求，帮助学生进一步体会人工智能技术给生活带来的便利。
4.溢满判断
内置在托盘底部的超声波传感器可对“溢满”状态进行判断。在用户每次投放垃圾之前，也就是托盘移动到相应的垃圾收集箱上方时，该传感器能够判断各垃圾收集箱是否溢满。若有一个垃圾收集箱已经装满，用户再向垃圾桶投放相同类型的垃圾时，系统将停止“投放”，并给出语音提示。
5.语音播报
在智能分类垃圾桶识别到垃圾后，会语音播报识别结果，包括垃圾名称和所属类型，便于用户确认自己投放的垃圾是否被正确识别。如果某垃圾收集箱的状态为溢满，智能分类垃圾桶会亮起红色LED灯，同时伴有语音播报，提醒用户及时清空垃圾桶，以保证系统正常运行。
