智能垃圾分揀箱的設計

溫文雅　高瑞　郭福雁　胡佳程

摘 要：本發明設計了一種垃圾自動分揀箱，該分揀箱可以對金屬、瓶罐、果皮和紙張進行自動識別，分類并根據垃圾桶中的垃圾容量通過短信提醒相關人員及時對其進行回收。整個系統由太陽能供電，并且設置了可以自動根據環境調節量亮度的夜間照明部分。

關鍵詞：智能垃圾分揀；垃圾箱；GSM；42型步進電機

中圖分類號：TH122 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）25-0022-02

引言

垃圾分類及回收對環境至關重要，正如陳曉蕾在《剩食》中所說，“垃圾，都是放錯位置的資源”。由此可見，如果處理好垃圾分類可以為社會帶來巨大的經濟效益，處理不好則會對自然環境和人類生活造成巨大影響。然而現階段，垃圾分類的意識在我國推廣的并不理想，垃圾不分類回收必然難以使它資源化、無害化。所以智能垃圾分揀箱從根本上解決了垃圾混和運輸，克服了人工分揀難、不文明的問題，分揀出可回收物直接產生經濟效益，從而完成了垃圾處理的資源化、無害化、減量化的全過程，形成了綠色產業鏈。

1 箱體設計

該垃圾箱主要由五個部分組成，即垃圾類型識別部分、垃圾自動分類部分、供電部分、照明部分和短信提醒部分。這五部分之間相互配合的機制如下：首先當有垃圾進入投放口后，垃圾識別部分將對投入的垃圾進行識別。識別完成后繼而由垃圾自動分類部分將垃圾自動放入對應的桶中。整個系統由太陽能供電，并在垃圾箱中垃圾達到一定體積時通過短信提醒相關工作人員及時進行回收，同時設有可以自動調節亮度的夜間照明部分。

2 垃圾類型識別

本設計將垃圾分為金屬類，瓶罐類，果皮類和紙張類。金屬類由金屬傳感器E30-15AO進行識別，瓶罐由兩對紅外傳感器通過對物體高度的檢測來識別瓶罐，果皮和紙張則由顏色傳感器GY-33來進行識別。具體識別流程如下：當垃圾進圖投放口內后，金屬傳感器最先動作，若檢測到是金屬則相應的金屬指示燈亮起，并帶動機械結構進行下一步操作；若不是，則有兩對紅外傳感器檢測垃圾的高度是否能達到一般塑料飲料瓶的高度，若是則相應指示燈亮并進入機械結構部分操作；若不是，顏色傳感器開始工作，檢測器是廢紙還是果皮，若反饋來的RGB.RED的值在400-600之間，則此垃圾為果皮（此處主要檢測蘋果皮或香蕉皮）；若大于700，則為廢紙（此處廢紙當以白色廢紙為主），繼而機械結構部分開始工作。

3 機械結構

詳細說明：

機械結構部分由底板、立板、絲杠、連桿、撥板組成。其三視圖如圖2。這一部分由兩個電機控制，電機1控制底盤旋轉，電機2控制絲杠移動。

（1）當垃圾檢測信號通過串口通信傳輸給單片機，單片機控制電機1帶動轉盤轉動到垃圾所對應的垃圾桶位置。

（2）電機1轉動到相應的位置后，單片機控制電機2轉動帶動絲杠，絲杠帶動撥板橫向移動將垃圾推向對應的垃圾桶里面。

（3）當垃圾被推下后絲杠自動返回原來位置。本系統要實現在垃圾自動分類后的機電傳動的裝置的正常運行。分類的單片機通過串口通訊，將采集的垃圾類別的信號傳輸至我們需要的控制單片機，單片機運用控制芯片，控制步進電機實現對垃圾箱轉盤的驅動以及絲杠上和絲杠滑塊聯動的推拉結構驅動的步進電機的運行控制。電機在這里選擇帶有42型步進電機并由TB6600步進電機驅動器驅動。

自動分類垃圾回收箱傳動裝置需要一個轉動裝置來旋轉，轉到垃圾識別完的垃圾所對應的分類垃圾箱進行最后的堆放工作。最后確定由展示轉盤來改進，本設計選擇35cm的展示轉盤，因為它不但大小合適做工和材質都能有利于后續的工作可以裝配42型步進電機，而且能完全實現我們對轉動裝置的要求以及有利于后續支架的搭建。

絲杠選擇帶42型步進電機，有效行程為400mm的T型絲桿線性直線導軌滑臺。帶有42型步進電機的T型絲杠導軌總長度400+155mm，有效行程400mm，和轉盤的大小相匹配。導軌采用高精度特性專機多面同時磨削，激光檢測等手段，易于保證導軌的制造精度，有利于步進電機驅動導軌連接在上面的推板在轉盤轉到相應的垃圾對應的相應的垃圾箱所在位置時分類垃圾推入相應的垃圾箱。

本設計選擇在市場上常見的壓縮板作為整個機械結構的支架，自己動手來制作支架擋板以及所需架構。壓縮板支架要能夠承受絲杠以及其他裝置的質量。

4 電源的選擇

近年來，國家倡導使用低碳綠色能源，所以本設計在垃圾分揀箱的電源選擇上選用了太陽能板搭配12V蓄電池的方式為整個系統供電。太陽能板位于整個箱體的頂部，以便更好地接受太陽光并加以利用。轉化后的電能將存入位于箱體底部的蓄電池中供整個系統使用。考慮到蓄電池的重量，本設計將蓄電池放置在箱體最下方，目的是使箱體重心降低提高穩定性，避免大風刮倒垃圾桶造成內部的精密部件損壞。

5 短信提醒

當垃圾桶中的垃圾到達整體容量的80%時，置于桶壁上的一對紅外對射探頭將被觸發，同時為了防止投擲垃圾的時候紅外傳感器對射被誤當，所以紅外傳感器被遮擋時間超過三秒時，即單片機STM32F103持續接收到此紅外傳感器發出的低電平信超過三秒時，STM32F103向GSM模塊發送一個指令，使GSM向工作人員發送短信，提醒工作人員清理該垃圾箱中的垃圾。觸發的信號傳遞給STM32芯片的GSM模塊，這樣就可以短信通知相關人員及時將桶中即將裝滿的垃圾回收。

6 照明部分

為使垃圾桶在夜晚比較顯眼，本設計考慮添加照明設備。傍晚時分，光敏模塊檢測到外界的光照亮度低于設定值時，發出信號給STM32，請求點亮LED燈。請求信號被STM32檢測到后，給LED通電并點亮LED燈。如需調整LED燈的不同顏色，以增加美觀度和在特殊天氣下便于人們找到垃圾箱，可通過按鍵模塊進行相應的按鍵，并使LED燈呈現不同的顏色。當天快亮時，光敏模塊檢測到外界的光照亮度達到設定值，發出信號給STM32，請求關閉LED燈。

7 結束語

本研究是采用STM32系列單片機作為整個系統的CPU，全面考慮公共設施的設計原則，拓展了現有垃圾箱的功能，使設計更符合智能化和人性化的要求。采用太陽能供電的設計以及自動調節箱體照明的設計更是環保節能的重要體現。

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