一種自升高垃圾箱的研究

譚 賀，王 琪，郭家鵬

(沈陽化工大學 機械工程學院，遼寧 沈陽 110142)

當今，國內城市在飛速發展，人們生活節奏的加快和新的環境理念在不斷地推進著公共物質文明和精神文明建設，因此，優秀的公共設施設計在改善人居環境、體現城市特色中的作用顯得尤其重要。城市垃圾箱作為城市環衛基礎設施的一道靚麗風景線，它的樣式和潔凈程度能充分體現了這座城市的管理水平和文明程度。垃圾箱主要作用是隔離人體與垃圾，在人類的生活中，垃圾箱已成為一種必不可少的居家物品[1]。在生活中有各種垃圾箱，但傳統的垃圾箱并沒有將人與垃圾徹底隔離開來。因為在投放垃圾的整個過程中，還會有很多時候需要與垃圾產生接觸，主要是傳統的垃圾箱均是手動翻蓋式垃圾箱或者半開放式的垃圾箱，使得人們在傾倒垃圾時會直接接觸到垃圾[2]，因此傳統的垃圾箱不能起到隔離病菌，更不具有保護人類的健康的作用，因此本文研究了一款自升高垃圾箱來解決上面提到諸多的問題。

本文設計的自升高垃圾箱，主要以提高人們生活質量為最終目的。通過軟件的控制，可實現以下主要功能：(1)人群停滯時間較長的地點像公園、車站等地區比較容易產生垃圾，而通常垃圾箱放置數量不足，在這些有可能產生大量垃圾的地區，未能預先設置足夠多數量的垃圾箱，常常導致垃圾滿溢箱外。針對此問題，本設計設置了箱內垃圾箱的容量檢測，用于檢測垃圾箱是否裝滿，當垃圾箱內垃圾已滿發出報警信號，方便告訴清潔工人及時清理；

(2)自動檢測是否有人靠近垃圾箱；當人靠近時，垃圾箱可自動翻蓋，當人遠離時，垃圾箱蓋自動關閉，避免了人們與垃圾箱直接接觸，防止了垃圾腐敗產生的細菌對人們產生危害；

(3)現有的垃圾箱通常開口形式或大小不佳，造成垃圾投入取出出不便。本設計是當清潔工人來時，按下操作鍵，垃圾箱內筒自動升高，并產生傾斜，方便清潔工人將桶內垃圾取出。

自升高垃圾箱的控制系統較為簡潔，并在很大程度上的方便對系統的維護和修理，減少維護成本，縮短維護時間。

2 總體設計

為了實現上述三個核心功能，本文計以單片機STC89C52RC為核心元件，同時配合相應傳感器和控制電路、數據電路來實現自升高垃圾箱。

2.1 主控STC89C52

由于此款垃圾箱是針對普通民眾收集垃圾的設備，針對不同個體的生活習慣，使得垃圾箱是全天候開放的，因而，從節能和環保的角度出發，使得電機能夠自動啟動和停止。即當檢測信號發出垃圾已收集滿的指令后，CPU立即控制電動機自動啟動，以利于系統發出報警信號等任務，當所有的動作結束以后，電動機又會自動停止運行，等待接受下一次再啟動信號的狀態。因此，自升高垃圾箱主控采用STC89C52芯片，它是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，可減少的控制垃圾箱內部電源的損耗。

2.2 超聲波測距模塊

自升高垃圾箱投料口處的垃圾填滿或接近填滿時，系統會通過執行機構把垃圾進行壓縮，以便騰出投料空間。當不能進行壓縮時，表明垃圾箱內垃圾已滿，便發出報警信號，填滿的信號是通過一紅外線探測器自動檢測發出的，本設計在超聲波電路中選用了HC-SR04超聲波測距模塊，主要是因為超聲波穿透力強，可保證在雨霧天超聲波測距系統能正常運行。其工作原理為[3]：采用單片機的I/O 端口觸動測距，即當單片機發送一個高達10μs的脈沖傳遞給超聲波模塊輸入端TRIG后，單片機的定時器做清零處理；當輸出端ECHO為高電平時，單片機電路定時器就開始工作，而當輸出端ECHO 變為低電平時，定時器立刻停止運行，而此時單片機就會讀取定時器T0的數值，因此通過公式可計算出距離。

當超聲波測量模塊檢測到垃圾箱具有超聲波測距系統，系統能夠檢測是否有人靠近，在一定范圍內可以測出靠近人與垃圾箱之間的距離。當人與垃圾箱之間的距離小于預設距離50cm 時，步進電機就開始正轉90 °，從而實現了垃圾箱自動開蓋的功能，延時4s后，步進電機開始反轉，由此實現了垃圾箱自動關蓋的功能。

2.3 垃圾箱箱體自動升高功能

基于人機工程學，針對不同身高的人群設計可自動升降的垃圾箱[4]，方便不同人群的使用，使產品更為人性化。自升高及自開箱都由紅外線開關控制。其工作過程如下：當紅外線傳感器感應到人手動作，控制開關先接通自升高垃圾箱側面的電機，箱體在條形齒條的作用力下緩慢上升，待升高到設定好的位置后，箱體觸碰到限位開關，箱體停止上升，使垃圾箱桶體的底面上具有斜切面，同時箱體觸碰到用來控制垃圾箱箱蓋的微動開關，微動開關閉合后[5]。當今社會里環保受到了越來越重視，尤其是太陽能，任何需要能源的地方都可以看到它的身影。因此本設計的采用弧形太陽能電池板，晴天通過充分的吸收太陽能把剩余能量轉化為電能儲存在蓄電池中， 蓄電池放置在垃圾箱底部，對垃圾箱的液壓系統進行提供能源。

2.4 垃圾箱盈缺檢測

自升高垃圾箱檢測垃圾箱內垃圾箱的滿溢度狀況采用光幕檢測方法，主要是利用光電感應原理制成的安全保護裝置。通過對光幕覆蓋區域不同位置的遮擋情況可進行差量檢測來判斷垃圾是否裝滿。本文將光幕安裝在垃圾箱箱體內筒的兩側。當垃圾箱內筒儲存量超過5/6時，單片機STC89C52會進行判斷，關閉垃圾箱蓋，確保停止向垃圾箱內投放垃圾并會發出警報，并生成一條提醒消息，提醒清潔工人來清理垃圾[6]。

自升高垃圾箱后續將增加語音功能，使產品設計更加人性化，當人們投入垃圾后得到控制的語音系統發出的感謝語，鼓勵人們尤其孩子將廢物投放至垃圾箱，培養孩子的環保意識[7-9]。此外，自升高垃圾箱帶有光敏元件，當黑天時，使LED燈開始發光，方便人們在漆黑的環境里也能垃圾箱。

3 總結

智能垃圾箱是城市環境中的重要設施之一，它不僅是保持城市環境衛生的主要設施之一，同時也是構建城市景觀，體現社會文明程度的一個關鍵指標，因此在設計中要充分考慮其視覺性、實用性和環保性。自升高垃圾箱可實現垃圾箱的開關以及語音提示重要信息這些基本功能，同時具有垃圾箱內筒自動升高，并產生傾斜，方便清潔工人將桶內垃圾取出這一主要功能。以后還可在此基礎上添加更多的智能功能，比如實現對散落垃圾的自動拾取、自動打包、以及對垃圾的自動分類等一些高科技的功能。本設計在盡量設計簡單的情況下，減小維護成本，方便維修人員維修，并采用普通交流電和太陽能電池板智能替換的供電方式，采用大容量鋰電池保證續航，減少維護成本。

[1]戴 蒙.英國試驗太陽能壓縮式垃圾桶[J].環衛科技網,2011(3):6-7.

[2]聶詩良,李磊民.采用單片機發送并接收紅外遙控信號的方法[J].信息技術,2004,28(2):21-96.

[3]張毅剛,彭喜元.單片機原理與應用設計[M].北京:電子工業出版社,2008.

[4]王治雄.新型公共垃圾箱的設計探析[J].黃岡職業技術學院學報,2015(6):143-144.

[5]鄭振杰,江衍煊,游德智.單片機結合ULN2003 驅動步進電機[J].電機技術,2010(6):44-46.

[6]王春武,劉春玲,秦政坤,等.基于WT588D模塊的語音播報系統設計[J].電子技術應用,2012(1):115-117.

[7]馬建瑋,章錦榮.城市中垃圾箱現狀分析及設計思想的探究[J].藝術與設計,2015(1):113-115.

[8]馮喆文.新型綠色環保垃圾箱的推廣和應用[J].化學工程與裝備,2015(6):280-282.

[9]湯迎紅,李 超,何 凱.一款新型綠色環保垃圾箱的設計[J].裝備制造技術,2013(10):95-97.

(本文文獻格式：譚賀，王琪，郭家鵬.一種自升高垃圾箱的研究[J].山東化工,2018,47(7):191-192.)