基于微信小程序的垃圾分类自动识别系统.docx

为了不断提高垃圾的资源利用价值和经济利用价值，国家发展改革委 正在大力推进垃圾分类。由于群众缺乏垃圾分类知识，日常生活中垃圾分 类难以实行。根据国内外学者对于垃圾分类的研究，一款使用方便且功能 齐全的垃圾分类软件可以帮助解决垃圾分类实施困难的现状。此软件应该 拥有方便的操作方式，适当的互动功能。本文对垃圾分类系统进行了需求分析以及建模，考虑了目标使用人群 的特点，决定使用微信小程序作为系统载体，采用微信云开发的云数据库、 云函数等功能开发系统后台。微信小程序无需安装，不需订阅也不用推送 消息、，随用随走，十分方便。为了系统有更加灵活的交互方式，在传统手 动输入关键词搜索的基础上增加了拍照识别的功能。同时为了提高用户使 用垃圾分类系统的热情，系统引入了积分系统，鼓励用户进行知识问答， 每天签到。用户可以使用积分兑换礼品。此外，用户可以查看环保图鉴， 环保新闻，拍照记录等。系统整体使用三层架构，即用户界面层、业务逻 辑层和云函数层。系统严格按照需求完成开发后，通过了功能测试，达到 了预期目标。关键词：垃圾分类；小程序；云开发一、绪论(-)引言垃圾分类已经开始广泛应用到日常生活中。2020年7月31日，国家发展改革委员 会与其它相关行政部门共同联合颁布城镇生活垃圾分类和处理设施补强弱项实施方 案。此次在解决方法中明确规定了对各类城市垃圾处理和工程垃圾分类的基本技术要 求，目标以及保障措施等内容。然而，由于全国各地实际情况的不同，实际生活中的垃 圾分类效果出现了明显的差异化。因此，怎样科学地推动垃圾分类成为当今社会的重要 问题。(二)研究背景尽管政府大力推动垃圾分类的实行，但垃圾分类依然受到了来自各方面的阻力。首先，群众缺乏垃圾分类的相关知识。日常生活中很多垃圾易于分类。比如剩饭剩 菜都属于厨余垃圾，而一些废纸和旧塑料还有金属物品等属于可回收物。但人们总会碰 到分类比较模糊的垃圾，比如喝剩下的一杯奶茶。同时，又存在着容易错误地判断种类 的废弃物，比如因为难以腐蚀被列入了其他垃圾这的大棒骨，它通常被错误划分到厨余 垃圾。如果每一次都得多方查找信息才能确定垃圾的具体分类，无疑会大大打击群众对 垃圾分类的积极性。其次，群众缺乏持之以恒地分类垃圾的热情。考虑到处理垃圾的环卫工人的工作量, 目前的垃圾分类主要只能由投放垃圾的群众自觉执行。但监督机制和奖惩机制的严重缺 失，导致群众不会因分类垃圾得到奖励，也不会因错误分类而受到严厉惩罚。最后，配套的软硬件设施不够完善。尤其在软件方面，垃圾分类宣传教育力度不够, 没有有效激励和引导群众进行垃圾分类。垃圾分类的移动应用质量良莠不齐，没有一款 使用方便，功能齐全的软件。(三)研究意义及目的垃圾分类小程序可以解决居民在垃圾分类时的识别困难问题，提高居民在垃圾分类 中的参与感。既响应了政府科学推动垃圾分类的号召，又填补了垃圾分类软件的空白。 垃圾分类小程序通过轻量化的载体推动垃圾分类，同时又可以间接带来社会、经济、生 态等几十个不同方面的社会经济效益。本文目的是通过研究出一款便捷快速使用的垃圾分类软件，给广大人民群众们宣传 和普及有关垃圾分类的基础知识,增强广大人民群众对于垃圾分类的热情,完善垃圾分类 政策的配套软件。二、微信小程序开发的技术介绍(-)微信小程序简介微信小程序对于许多人来说都不陌生。它不需要下载和安装就可以直接使用。对比 传统的网站以及安卓应用，它带来了极大便利。(-)微信小程序的基本架构L目录结构小程序包含一个描述整体程序的app和多个描述各自页面的pageo一个小程序主体部分包括三个文件，他们放在项目根目录中，如表2-1：表2-1主配置文件表文件必需作用app.js是小程序逻辑appJson是小程序公共配置app.wxss否小程序公共样式表小程序页面由四个基本文件组成，如表2-2：表2-2文件类型必需作用js是页面逻辑json否页面配置WXSS否页面样式表wxml是页面结构四个文件必须具有相同的路径与文件名2 .编程语言小程序有专属的编程语言，分别为WXSS、WXML、WXSo这三种语言分别对应了 传统前端三件套HTML, CSS, JSoWXSS与CSS相差无几。CSS绝大多数基本特性它都拥有。WXML类似于HTMLo 它们都是标签语言。用户可以根据它提供的组件、事件系统，快速构建页面结构。在 WXML中，使用VieW标签来表示视图，并且提供了数据绑定，列表渲染，条件渲染等 功能。WXS是一种脚本语言。一般被包裹在在Wxml的Wxs标签中。它类似于传统 html文件中的一个script标签,但它跟javascript实际上是不同的一种语言,它具有自 己的特点,运行语法,执行环境也与页面对应的js代码隔离。3 .云开发云开发是微信小程序团队协作腾讯云共同推出的一款专业化的小程序开发服务。开 发者可以使用云开发快速开发小程序、小游戏、公众号网页等，并且原生打通微信开放 能力。开发者不必自己搭建一个服务器,可以免鉴权直接利用该平台所提供的api软件 进行业务开发。4 .云函数云函数在本地开发工具内编写。它运行在云端（服务器端）的Nodejs环境中的函 数。上传到云服务器并部署就能正常运行。它的最大优势之处就是无缝地整合了微信的 登陆鉴权,即当小程序端调用云函数时,云函数的传入参数中将自动地注入此时调用客户 机的openid o而且开发人员不需再次对openid软件进行校验,就能够直接投入使用, 因为openid的正确性由微信进行校验。云数据库可以直接在小程序端操作或者调用云 函数在云服务器端操作。主要区别是在小程序端获取记录，一次最多只能获取二十条， 而在云函数环境中无限制。(1)云数据库小程序默认使用的数据库为JSON数据库。云数据库与通常使用的关系型数据库进 行比较表2-3 o表2-3 JSON数据库与关系型数据库对比表JSON库概念关系型数据库概念集合表记录行字段列每一行中的_openid列用以标记记录的创建者。如果此行是在控制台或云函数中创建 时，没有_openid列并代表由管理员创建。此字段是记录创建时根据小程序用户自动创 建。不可被开发者自定义以及修改，被用于标识以及定位。数据库API包含增删改查 的能力，使用API操作数据库只需三步：获取数据库引用、构造查询/更新条件、发出 请求。云控制台和服务端始终有云数据库所有数据读写权限，小程序端发起的操作云数据 库请求根据需要可以设置不同等级的权限。(2)云开发优势开发者不必自己搭建一个服务器,只要通过运用平台所能够提供的各种能力,就可以 快速完成自己的开发。其次,证书、签名、秘钥都可以忽略。程序可以调用微信API。环 境共享,多个小程序可以共用云函数以及云数据库。止匕外，开发者可以使用任意语言和框 架进行代码开发，构建为容器后，快速将其托管至云开发。三、基于微信小程序的垃圾分类自动识别系统的需求分析(-)系统可行性分析L经济可行性分析从开发成本看，本项目作为毕业设计，使用大学生日常使用的笔记本电脑开发即可。 无需额外的设备资金投入。开发平台使用微信小程序官方提供的微信开发者工具，也是 免费使用。本系统考虑使用云开发作为后台，所以无需额外购买配置服务器。云开发的 资源配额使用免费型即可满足开发需求，数据库有2GB的容量，读操作支持500/天， 写操作支持300/天，云存储5GB,云函数1000GBs/月。如果项目需要发布为实际使用 的应用，可以考虑购买云开发的数据库资源消耗型配额中的特惠基础版，只需6.9元每 月即可得到5万/天的云数据库读操作配额。2 .技术可行性分析系统基于微信小程序开发，小程序已经是比较成熟的技术，官方文档详细，版本稳 定迭代更新。小程序端运行在微信上，服务端运行在云开发平台上，由于小程序天然完 成了鉴权，所以安全性也得到了保证。从可操作性方面分析，系统界面友好，操作简便, 适用于日常生活中需要分类垃圾的用户。3 .需求分析通过阅读国内外对于垃圾分类软件系统的研究，结合自己以及周围人在进行垃圾分 类时的实际需求，总结出垃圾分类系统的主要需求。(1)功能需求通过垃圾分类系统，用户可以搜索垃圾分类、拍摄垃圾照片进行识别、查看环保图 鉴、进行知识问答、兑换积分礼品、浏览环保新闻、查看使用记录。垃圾分类系统主要 是实现通过不同方式对垃圾分类进行查询，以及相关的资料显示等。它的主要用户为城 市居民以及大学生。为了方便使用，以小程序为载体即免去使用账号密码登陆的方式， 直接从微信进入垃圾分类小程序。功能需求可以划分成六大功能模块，如图3-1所示图3-1系统模块图1 .垃圾识别模块。用户可以通过拍照识别垃圾，上传照片后显示搜索的结果列表， 列表中显示识别出的对象以及置信度，对应的结果类别，并提示处理提示。用户也可以 手动输入垃圾名称搜索，显示搜索的结果列表，列表中显示可能的结果类别。2 .知识问答模块。用户可以在知识问答页面中可以回答有关垃圾分类的问题。3 .环保图鉴模块。用户可以在环保图鉴页面中查看各大类垃圾的名称，类别等。4 .环保新闻模块。用户可以在环保新闻页面中浏览最近的环保新闻。5 .积分兑换模块。用户可以在兑换中心将积分兑换为礼品或者优惠券。积分从用户 每日签到、回答知识答问、拍照识别等操作中获得。6 .个人中心模块。用户可以在个人中心查看自己的个人信息，如头像、昵称、积分 等。可以进行每日签到。可以进入拍照记录、积分记录、兑换中心等子页面。(2)界面需求系统界面整体应当简洁合理，美观大方。目标明确，用户在进入小程序第一时间就 能找到想要的功能位置，进行垃圾识别。为了体现环保概念，界面整体色系以代表环保 的绿色为主。不同分类的垃圾对应视图使用各自的垃圾桶颜色，加深用户对不同垃圾如 何投放的印象。可回收物使用蓝色，厨余垃圾使用浅绿色，有害垃圾使用红色，其他垃 圾使用灰色。界面应该是自适应的，视图的长宽以及字体大小应当适应不同尺寸的手机 屏幕。为了方便用户使用垃圾分类系统，需要将识别入口的界面作为首页面，在首页中可 以直接拍照或者手动输入搜索。下方导航栏分为四项，对应四个主要访问的导航页面， 分别为首页(拍照入口，图鉴入口)、知识问答页、环保新闻页、个人中心页。其中个人 中心页可以查看个人信息，包含了使用记录、兑换积分等使用较少的功能界面入口。(3)性能需求1 .并发性。可以支持IOOO人同时调用云函数，避免高并发时系统崩溃的情况。拍 照识别的速度在五秒以内。2 .稳定性。用户可以随时通过微信进入小程序，能提高7*24小时不间断的服务。3 .安全性。用户仅能根据自己的权限访问到有关自己的记录，用户对垃圾分类数据 无写操作权限，仅对自己的操作记录数据有读权限。(-)系统建模L参与者参与者即与系统进行交互的人、外部系统或设备。垃圾分类系统的参与者主要有两 类：(1)用户：使用本系统的人，可能是社区居民或者是大学生。使用系统提供的各 项功能，如拍照识别，知识问答等。(2)系统管理员：即本系统的管理员，负责监控 小程序的访问流量，管理数据库等。2 .总用例图垃圾分类系统可以抽象出以下用例：查询分类，拍照识别，进行知识问答，兑换积分，查看环保新闻，查看环保图鉴，查看个人中心，查看使用记录等。关于用户的用例图如下：图3-2总用例图四、基于微信小程序的垃圾分类自动识别系统的设计(-)系统总体架构本文完成的垃圾分类系统是基于微信小程序的，用户通过安卓系统或者苹果系统的 手机的微信客户端进入小程序。管理员通过云管理平台管理小程序后台，以服务端为云 服务器，云函数以及云数据