基于物聯網的公共智能垃圾桶

吳曉云,徐 佳

(商洛學院 電子信息與電氣工程學院,陜西 商洛 726000)

本文設計了一款環保實用的太陽能智能垃圾桶。該垃圾桶安裝太陽能電池板,利用紅外技術實現自動開關蓋。與物聯網技術相結合,垃圾裝滿時該垃圾桶具有自動報警功能。本文設計的智能垃圾桶不僅環保,還實現了對特定區域垃圾桶的實時監控。這為公眾的健康提供了保障,也減輕了管理人員及環衛工人的工作負擔,具有良好的社會效益和經濟效益[1-2]。

1 設計方案

本文設計的基于物聯網的智能垃圾桶系統主要由太陽能充電模塊、紅外檢測模塊、高度檢測模塊、語音模塊、顯示模塊等組成[3]。系統的整體框圖如圖1所示。

以單片機微處理器為控制芯片,聯合紅外線傳感器和機械電子驅動系統,使垃圾桶蓋自動開關[4]。通過高度檢測模塊檢測垃圾桶是否裝滿,若超過預設值則驅動報警模塊工作。同時,通過信息處理模塊對垃圾桶狀態信息進行計算,再通過無線發送模塊將信息發送到控制中心,顯示模塊顯示垃圾桶狀態信息,最后工作人員根據傳送的信息進行相應處理[5]。當垃圾桶供電不足時,太陽能電池板可自動充電,滿足垃圾桶的用電需求。

2 硬件設計

2.1 紅外檢測模塊

紅外檢測模塊采用紅外線傳感技術。調整好感應距離,當人在垃圾桶感應距離范圍內時,紅外線發光二極管就會發射光脈沖,接收電路則利用光敏元件接收光脈沖,將光脈沖轉化為電信號并對其放大,控制電路接收到電信號后控制電機的正反轉,從而實現垃圾桶蓋的自動開關[6]。紅外發射仿真電路如圖2所示。由定時器LM555CM與電阻、電容組成單穩態電路,X1為指示燈,發光二極管LED1代替實際電路中的紅外發射管。調整可調電阻R1,當R1為50 kΩ、電容C2為0.3 nF時,定時器LM555CM輸出端方波的頻率約38 kHz(見圖3),與紅外線發射頻率基本相符。紅外發射電路的仿真波形如圖4所示。

圖1 系統整體框圖Fig.1 Overall block diagram of the system

圖2 紅外發射仿真電路Fig.2 Simulation circuit of infrared emission

圖3 輸出方波頻率Fig.3 Frequency of output wave

圖4 紅外發射電路輸出波形Fig.4 Output wave of infrared emission circuit

2.2 高度檢測模塊

垃圾箱高度檢測仿真電路如圖5所示。4069BCP_5V與電阻R2、二極管D1組成傳輸延時電路。開關S1切換到低電平表示垃圾桶內垃圾遮擋了紅外線信號,此時U1A輸出高電平。通過R2對電容C1進行充電,使U2B輸出低電平,則三極管2N2904導通,控制繼電器EMR131B03工作,從而啟動報警電路。二極管LED1發光來提示垃圾箱已滿,并將此信息上傳給監控中心,提醒環衛工人清除垃圾[7]。開關S1切換到高電平表示垃圾沒有遮擋紅外線信號,此時U1A輸出低電平。電容C1經過R2、R3放電,使U2B輸出高電平,則三極管2N2904截止,繼電器的工作觸頭切換到電機的執行電路,垃圾桶正常工作[8]。

3 軟件設計

通過無線網絡將不同公共場合的智能垃圾桶連接起來,是實現物聯監控的通信基礎[9]。微處理器對傳感器采集到的數據處理后,通過無線網絡發送到監控中心,監控中心根據接收到的信息做出相應處理[10]。結合C/S系統架構知識實現本系統算法,根據超聲波測定的距離值調用電機正轉函數或者反轉函數。若距離大于10 cm,則調用電機正轉函數,反之則調用電機反轉函數[11]。系統算法流程如圖6所示。

4 結語

本文提出了基于物聯網的公共智能垃圾桶的設計方案,該垃圾桶具有自動翻蓋、箱滿檢測、語音播報等功能,不僅環保,還可以實時監控特定區域的垃圾桶狀態,減輕管理人員及環衛工人的工作負擔。智能垃圾桶系統成本低、實用性強且功能完善,具有良好的社會效益和經濟效益。

圖5 垃圾箱高度檢測電路Fig.5 Detection circuit of height of garbage bin

圖6 系統算法流程Fig.6 Flow chart of system algorithm