一種基于NB—IOT的智能垃圾桶

潘鵬 胡運峰 秦金志 陳天宇 張文文

摘 要：為了滿足現代城市發展的基本需要，且基于習總書記關于“綠水青山就是金山銀山”一些系列重要講話，由此提出基于NB-IOT技術的智能垃圾桶。本項目采用NB-IOT的通信方式，它屬于aa低功耗廣域物聯網技術，具有廣覆蓋、低功耗、支持海量連接的特點。所以在其垃圾桶內部增添一個物聯網感知系統，采用太陽能電池板供電，用單片機來控制紅外傳感器和氣味傳感器來實現功能，并用NB-IOT模塊將其信息發送給環衛工人，收到信息后，由垃圾桶里的垃圾多少依次收取垃圾，提高環衛工人的工作效率。

關鍵詞：NB-IOT；紅外傳感器；低功耗廣域物聯網；氣味傳感器

1 緒論

隨著中國城鎮化建設的高速發展，越來越多的高樓大廈正拔地而起，人們也更加重視城市的清潔衛生。在城市的街道上，各式各樣的垃圾桶隨處可見，這方便了過往的行人，卻辛苦了環衛工人。由于垃圾桶實在是太多了，很多時候當環衛工人挨個檢查遍布在大街小巷的垃圾桶時，卻發現有些垃圾桶的垃圾還未過半甚至僅有極少量垃圾，而一些早就被塞滿了的垃圾桶卻未能得到及時清理，這就造成了一些不必要的人力物力浪費。與此同時，不正確的垃圾分類也會影響后續垃圾的處理方式，造成可回收垃圾的資源浪費。因此，研發一個更加新型、環保的垃圾桶已成為一個重要研究課題，這對于更好地服務民眾具有重要的現實意義。

2 總體設計

一種基于NB-IOT的智能垃圾桶設置有：單片機[1]；氣味傳感器[2]與單片機電連接，單片機與窄帶物聯網通信模塊[3]電連接；窄帶物聯網通信模塊通過無線信號與云端服務器連接，云端服務器通過無線信號與移動終端連接；太陽能電池板通過導線與蓄電池連接，蓄電池通過導線與單片機、紅外傳感器、空氣質量檢測器、異味傳感器、窄帶物聯網通信模塊電連接。

3 具體實施

本項目基于NB-IOT的智能垃圾桶如下圖所示，包括：1、單片機2、紅外傳感器3、空氣質量檢測器4、異味傳感器5、窄帶物聯網通信模塊[4]6、太陽能電池板7、云端服務器8、移動終端9、垃圾箱頂蓋10、頂蓋的支撐柱11、垃圾箱。

太陽能電池板通過螺栓固定在垃圾箱頂蓋，垃圾箱頂蓋與頂蓋的支撐柱焊接固定，頂蓋的支撐柱與垃圾箱焊接固定。垃圾箱頂蓋通過螺栓固定有紅外傳感器、單片機、窄帶物聯網通信模塊。空氣質量檢測器、異味傳感器與單片機電連接，單片機與窄帶物聯網通信模塊電連接，窄帶物聯網通信模塊通過無線信號與云端服務器連接，云端服務器通過無線信號與移動終端連接。太陽能電池板通過導線與蓄電池連接，蓄電池通過導線與單片機、紅外傳感器、空氣質量檢測器、異味傳感器、窄帶物聯網通信模塊電連接。

作為優選實施例，紅外傳感器采用 HC-SR501，空氣質量檢測器采用TGS2600，異味傳感器[5]采用QS-01，窄帶物聯網通信模塊采用NB-IOT/GSM通訊模塊；窄帶物聯網通信模塊是基于華為Boudica芯片的系列NB-IoT模塊WH-NB71（高性能、低功耗的NB-IoT通訊模組WH-NB71。[4]產品支持B1/B3/B5/B8/B20頻段，超小尺寸封裝，全網通、全球范圍通用；支持CoAP透傳功能，支持TCP/UDP；可接入透傳云、電信云等云平臺，方便用戶設備更好傳輸。

4 項目優點

傳統的垃圾桶需要環衛工人一個一個的檢查是否裝滿，是否需要清理，而且在進行垃圾回收時，還需要人工查看垃圾桶內的垃圾種類，大大地增加了環衛工人的工作負擔，當人的手或物體接近投物口15cm時，垃圾桶自動開蓋，功能實現單一，并且開關蓋這一功能機械損耗程度很高，所以并不適實用。此項目在其缺點上進行改進：直接采用投物口未關閉的垃圾箱，減少垃圾箱的機械損耗，并且增加了一個垃圾檢測分類的物聯網感知系統，比如檢測垃圾是否裝滿，垃圾的氣味檢測等，對垃圾桶的后續開發奠定了很好的基礎。同時本項目具有模式創新和科技創新，可以很好的改變現有城市環衛工作方式并為未來城市規劃、領導決策提供大數據支撐。

參考文獻：

[1]李廣弟.單片機基礎.北京：北京航航空大學出版社，2001.

[2]趙負圖.傳感器集成電路手冊，第一版.化學工業出版社，2004.

[3]趙艷薇.3GPP通過NB-IoT標準物聯網行業蓄勢待發[J].通信世界，2016（17）：67.

[4]紀偉.NB-IOT 的發展現狀及運營商發展策略[J].通訊世界，2016（21）：71-72.

[5]邊翠華，孫以材，潘國鋒.一種新型氣敏傳感器測量裝置.研究與開發，2009，04：14-17.

基金項目：重慶科技學院國家級大學生科技創新項目（編號：201811551004）

作者簡介：第一作者潘鵬，第二作者胡運峰、秦金志、陳天宇、張文文。