基于Wi-Fi的小區分類垃圾桶的設計

◆楊葉梅 李 敏

（福建師范大學協和學院 福建 350117）

傳統的小區垃圾桶基本上都是屬于混放，不管是什么垃圾都直接扔進去。這種垃圾處理方式，既不環保，又增加了后期人工分類的成本[1]。現在國家越來越重視環保，提倡垃圾分類，可以提高資源價值和經濟價值。垃圾分類要從小做起，很多城市都是從小區開始進行科學管理，推動大家習慣的養成以及推廣垃圾分類知識。目前小區存在的分類垃圾桶，基本是靠業主的自覺性和環保意識，還不夠智能[2]。本次設計一款基于二維碼的分類垃圾桶，可以實現掃描對應垃圾類別二維碼，掃描分類識別正確才會開啟垃圾桶，以此提高垃圾分類的效率，提高大家的環保意識。

1 系統方案設計

分類垃圾一般有4類，分別是可回收垃圾、廚余垃圾、有害垃圾、其他垃圾。每個垃圾桶的設計結構是類似的，硬件結構相同，都是采用STM32F103Z單片機控制垃圾桶的開啟、檢測垃圾桶是否裝滿、識別對應垃圾的二維碼信息等[3]。小區的每戶人家都有4中印有不同二維碼信息的垃圾袋，在家完成對垃圾的分類，然后到對應垃圾桶掃描垃圾袋上二維碼信息，掃描成功垃圾桶就會打開，完成垃圾的投放。小區業主也可以使用APP，先注冊自己的信息，然后在扔垃圾的時候，選擇垃圾的分類，系統會自動生成對應的二維碼信息，經過掃描后就可以開啟垃圾桶了。圖1是小區分類垃圾桶的整體設計圖。

2 硬件設計

分類垃圾桶的硬件部分主要分為幾個模塊，分別是主控模塊、二維碼掃描模塊、超聲波模塊、舵機模塊、短信模塊和WIFI模塊。

2.1 主控模塊

主控模塊的核心芯片是STM32F103，管腳共144個[4]，資源豐富，足夠本系統使用。

2.2 二維碼掃描模塊

二維碼掃描器是北京微光互聯公司的產品，型號是TX400，可兼容多個系統，并配備多種二次開發的接口。采用二維碼掃描器的目的主要是掃描垃圾的分類信息所對應的二維碼，二維碼無誤，則會開啟垃圾桶。

圖1 小區分類垃圾桶的整體框圖

2.3 超聲波模塊

超聲波傳感放置在垃圾桶蓋上的內側，主要檢測垃圾桶是否已裝滿。超聲波發射頭會發出一批脈沖，傳送到空氣中，發送時啟動定時。發射波如果碰到垃圾，則聲波會被發射回去，接收端接收到信號后停止計時，計算垃圾到桶蓋的距離，判斷是否垃圾桶已經裝滿。

2.4 短信模塊

短信模塊采用SIM800C_mini，其內部使用的是GSM/GPRS四頻模塊。可實現電話語音、SMS、GPRS數據傳輸、語音播報和藍牙等功能。該模塊在本系統中主要完成短信發送的功能，告知管理員哪個垃圾桶已滿的信息。

2.5 舵機模塊

舵機模塊使用的是數字舵機[5]，型號為SG90，轉動的角度是90-180度，反應的速度很快，達到0.11秒/60度。該系統在使用時利用TIM3來輸出PWM波形，控制其扭轉的角度，控制PB5（連接舵機Servo口）開啟和關閉桶蓋。

2.6 WIFI模塊

使用ESP8266-12S型號的WIFI模塊完成網絡連接，使用的是STA+AP模式。與客戶端的APP進行TCP/IP協議通信后，可以控制生成的分類垃圾的二維碼，經掃描開啟垃圾桶。

3 系統軟件設計

3.1 客戶端APP設計

業主客戶端使用JAVA語言編程，對應的開發工具是Hbuilder、Myeclipse等。模塊ESP8266通過串口和STM32連接，通過TCP/IP協議和手機終端進行數據傳輸。小區業主客戶端Wi-Fi聯網后，完成業主注冊信息或登錄APP，根據自己的垃圾選擇分類，點擊“生成二維碼”就會獲得二維碼，到對應垃圾桶的掃描器掃描即可扔垃圾。

3.2 控制器程序設計

垃圾桶的控制程序設計采用基于stm32的C語言完成，在Keil uVision5中完成編譯。主要實現對垃圾分類二維碼信息的掃描，掃描正確后開啟垃圾桶的桶蓋。當傳感器檢測到垃圾桶即將滿了，會發送短信通知小區管理員[6]。并通過WIFI模塊和APP進行通信。圖2是垃圾桶控制端的控制流程圖。

4 功能調試

（1）APP首頁功能

業主首先經過物業中心授權后，輸入業主的信息后就可以在APP上注冊，后期登錄后就可以對垃圾桶進行控制。圖3是用戶注冊信息界面。

圖2 垃圾桶的控制流程圖

圖3 業主APP注冊功能圖

（2）二維碼生成功能

登錄系統后，業主根據自己的垃圾進行分類的選擇，點擊生成二維碼，則會生成所選垃圾對應的分類二維碼信息。通過掃描二維碼，就會開啟對應垃圾桶的桶蓋。圖4是垃圾分類選擇界面和對應二維碼的生成。

圖4 分類垃圾二維碼碼生成界面圖

（2）短信功能

小區垃圾桶如果檢測到滿了，就會發送短信給小區管理者，否則垃圾溢出，造成環境污染和惡臭等。下圖5是其中編號為A的垃圾桶裝滿了，成功發送短信的界面。

圖5 短信發送界面

5 結論

該系統能夠準確掃描對應二維碼信息，開啟桶蓋，在垃圾桶裝滿的時候，實現短信告知管理員。相比于之前傳統的垃圾桶的設計，使用APP操作，結合了便捷的二維碼，對分類垃圾桶實現了更加智能的控制。