基于GSM技術的公共垃圾箱自動預報清理系統

2015-04-29 00:00:00楊曉飛孫秀勇路航韓成春

科技創新與應用 2015年9期

摘要：設計公共垃圾箱自動預報清理系統，可以解決分散公共垃圾箱的集中管理。采用具有GSM短信功能的TC35i模塊，以STC12C5A60S2芯片為主控單元，通過TC35i模塊將公共垃圾箱的重量、容量和異味信息傳送到手機客戶端，實現對公共垃圾箱的自動預報清理和實時查詢，達到公共垃圾箱按需定點清理的目的，避免清潔人員現場巡查和降低清潔人員工作量。

關鍵詞：GSM；公共垃圾箱；自動預報清理；按需定點

引言

目前公共垃圾箱的清理和管理主要靠保潔人員的現場巡查，這就加大保潔人員的工作量同時降低工作效率，也不利于對城市環境的集中管理。市場上相繼出現距離感應垃圾桶、自動分類垃圾桶、自動壓縮處理垃圾桶等智能垃圾桶[1，2]，但它主要用于室內，未能用到人員相對集中的室外，如小區、學校、火車站、廣場等公共場所。同時該類產品缺乏對箱內異味檢測，忽略了環境檢測這一環節。

設計一種基于GSM短信功能的公共垃圾箱自動預報清理系統，對公共垃圾箱箱內現存量、箱內異味進行檢測，提高公共垃圾箱的集中管理同時改善公共垃圾箱周圍環境。

1 系統框架及工作原理

該系統由公共垃圾箱監測節點、安卓客戶端和公共環境監控中心，如圖1所示。公共垃圾箱監測節點檢測公共垃圾箱箱內現存量、箱內異味信息，并通過GSM短信把檢測信息發送至安卓終端設備[3，4]。

圖1 系統總體框圖

圖2所示，公共垃圾箱監測節點包括垃圾箱狀態檢測用傳感器和各傳感器的信號調理電路、微處理器和無線通信模塊，其中微處理器采用STC12C5A60S2單片機，GSM短信功能采用TC35i無線通信模塊。

圖2 公共垃圾箱監測節點組成框圖

各傳感器模塊采集垃圾箱的周圍異味、垃圾重量和箱內容量后轉換成電壓信號，經過調理電路和A/D轉換電路后傳給STC12C5A60S2單片機。根據采集信息判斷是否需要清理，若需要啟動無線通信模塊TC35i，將信息發送給終端設備，提示盡快清理。同時系統具備管理員模式，由安卓客戶端發送查詢指令到TC35i無線通信模塊，實現實時查詢和參數設置。

2 系統硬件設計

2.1 主控芯片STC12C5A60S2

主控芯片STC12C5A60S2是STC生產的高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8～12倍[5]。內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換。工作電壓在5.5-3.5V之間，具有雙串口，外部時鐘源11～17MHz 最小系統圖，如圖3所示。系統復位采用阻容復位電路，電容為10uf，電阻為10k？贅，設置復位開關對系統進行手動復位。通信端口P3.0（RxD）和P3.1（TxD）分別與TC35i無線通信模塊的TxD和RxD連接。

圖3 系統總體框圖

2.2 TC35i無線通信模塊

TC35i無線通信模塊采用西門子公司的雙頻900/1800MHZ高度集成GSM短信模塊[6]，支持數據、語音、短信息和傳真，直流電壓：3.3～4.8V；電流消耗：1.0mA（睡眠）10.0mA（閑置）、300mA（通話），最大2.0A。SIM電壓為3V/1.8V，TC35i的數據接口通過AT命令可雙向傳送指令和數據，支持TEXT格式和PDU格式的短息。TC35i無線通信模塊與STC12C5A60S2單片機進行雙向通信，接收單片機發送指令后執行并返回執行狀態。

2.3 重量檢測模塊

重量檢測模塊采用YZC-1B臺秤稱重傳感器[7]，滿量程為30kg，輸出電壓的最大量程與激勵電壓有關，其滿量程輸出電壓等于激勵電壓和靈敏度相乘。激勵電壓選為5V，滿量程輸出電壓為10mv，而STC12C5A60主控芯片的電壓分辨率為5mv，無法正常讀取稱重傳感器的輸出信號，因此采用LM358進行放大，如圖4所示。

其輸出電壓與重量的對應關系，如圖5所示。

圖5 輸出電壓與重量對應關系

由圖5可知，重量和輸出電壓基本成比例關系，運算方便，滿足設計要求。

2.4 異味檢測模塊

異味檢測模塊采用TGS2600-SOP氣體傳感器[8]，其敏感元件由一個以金屬鋁做襯底的金屬氧化物敏感芯片和一個完整的加熱器組成。在檢測氣體時，傳感器的傳導率依賴于周圍環境氣體濃度的變化，其應用電路如圖6所示。TOUT為傳感器輸出，與主控單元的A/D轉換口連接，主控單元根據轉換后的數據判斷周圍氣體的質量。

圖6 TGS2600-SOP應用電路

2.5 容量檢測模塊

容量檢測模塊采用E3F-DS100C1光電漫反射開關，檢測距離為0-1m，達到預設值時輸出低電位0V，未達時5V。三個漫反射開關A、B、C分別安裝在0.2m、1.5m、0.9m處，通過檢測A、B、C漫反射開關的值檢測垃圾箱內垃圾量，其輸出信號量與垃圾量的對應關系如下表1：

表1 信號量與垃圾量對照表

3 系統軟件設計

3.1 監測節點檢測軟件

圖7為公共垃圾箱監測節點的檢測軟件程序流程圖。首先初始化各傳感器和GSM 模塊，然后主控單元根據采集信息判斷垃圾重量、容量和異味是否達到閾值，如果其中一項以上達到閾值時驅動TC35i通信模塊發送清理請求命令給清潔人員；否則檢測GSM模塊是否接到客戶端發的查詢指令，如果接到就發送檢測信息給客戶端，否則檢測GSM模塊是否接收到指令，如果接到指令則發送重量、異味和容量的信息發送到手機客戶端。

3.2 客戶端終端設備軟件

圖8為客戶終端設備程序流程圖。手機客戶端打開后進入登陸界面，核對用戶登錄信息，如果登錄信息不對，則停留登錄界面，如果賬戶和密碼正確則進入到查詢界面。在查詢界面等待查詢或設定按鈕按下，如果查詢按鈕監聽器監聽到按下，則發送查詢命令，同時等待信息的反饋。在接到反饋信息后，在查詢界面顯示，如果設定按鈕按下，則進入到參數設定界面進行參數設定，設定完畢后返回到查詢界面。

圖7 監測節點程序流程圖

圖8 客戶端終端設備程序流程圖

由于基于手機短信功能，如果查詢比較頻繁，則會多次收發短信，如果不加以處理，手機會多次提示手機新短信，影響用戶的體驗。因此本設計利用安卓系統提供的廣播監聽功能，在手機提示前提取信息并銷毀廣播，用戶就不會感覺到監測終端發來的信息，也不會暫用SIM卡內存，只有打開客戶端后才能看到有信息。設計中用到短信的監聽和讀取等功能必須Androidmanifest.xml文件中獲取相應的權限。

4 實驗結果

本系統可運行在安卓V2.3及以上手機，其主頻和內存要求較低，一般安卓手機均可運行，本測試采用的真機硬件參數為：版本：安卓V4.2.2，CPU：ARMv7，主頻：1300M，內存：1GB。其測試步驟如下：

（1）登錄界面：用戶在登錄界面點擊左鍵進行賬戶和密碼的設定，點擊登陸前用戶通過“記住密碼”選框選擇是否要記住登陸信息，如圖9所示。

（2）實時查詢：在查詢界面，用戶點擊查詢按鈕即可查詢各垃圾點的相關信息，用戶通過查詢的信息判斷各點是否需要清理，如圖10所示。

（3）參數設置：設置監測設備的端口地址（號碼）和參數（重量、異味、容量）閾值，應按照提示的格式進行設置，閾值輸入完成后，點擊“設定”按鈕，待提示設置成功后點擊“確定”按鈕，完成確定并返回到查詢界面，如圖11所示。

5 結束語

系統應用穩定高效的GSM移動網絡，所采用的稱重和氣味傳感器在日常生活中的應用比較廣泛，具有良好的檢測效果。系統結構合理，硬件電路和系統性能穩定，滿足設計要求。通過實驗自主開發的手機客戶終端，其操作界面簡單明了，便于查詢和管理，實用性強、成本低，公共環境監測具有較好地實際應用價值。

參考文獻

[1]周慧，許錦標.新型智能垃圾桶的設計方案[J].廣東工業大學學報，2006，23（6）：85-94.

[2]湯俊良.智能垃圾箱[J].科學啟蒙，2005（6）：14.

[3]楊曉飛，陸航，孫秀勇，等.公共垃圾箱自動預報清理控制裝置[P].中國專利，2014（11）.

[4]陸航，楊曉飛，孫秀勇，等.一種公共垃圾箱按需定點清理自動預報系統[P].中國專利，2014（12）.