智能分類垃圾桶的研究與設計

王妮 王建萍 林瑞冬 陳歡 倪旭 范國婷 侯大有

摘要：通過研究物聯網技術，紅外感應，STC89C5芯片以及溫度觸覺傳感器的工作原理和方法，設計出智能分類垃圾桶，實現可回收與不可回收垃圾的智能分類以及對垃圾桶的實時檢測。該智能分類垃圾桶具有集成程度高、價格低廉、智能化、易于使用，節省能源利用率等特點。

關鍵詞：STC89C52芯片;紅外感應;溫度觸覺傳感器;物聯網技術

中圖分類號：TP311? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）26-099-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： By studying the internet of things technology， infrared sensor， STC89C52 chip and the working principle and method of temperature tactile sensor， this paper sesigns the intelligent classification of garbage cans， realizes the intelligent classification of recyclable and non-recyclable garbage and real-time detection of garbage cans. The intelligent classification bin has the characteristics of high integration， low price， intelligent easy to use and energy saving.

Key words： STC89C52 microcontroller; infrared induction; temperature tactile sensor; internet of things technology

1 引言

隨著城市的發展，人口的增加，消費水平逐步提高，同時伴隨著大量垃圾的產生，如果垃圾不能及時分類處理，城市就會受到被垃圾包圍的威脅。智能分類垃圾桶的設計，必定能為人類解決垃圾圍城這一問題提供強有力的幫助。通過調查發現，盡管智能垃圾箱的概念先前有人提出，但基本都不具備自動分類功能，智能功能主要體現在感應人體接近功能、自動打開垃圾箱門功能、語音提示功能等，基本都需要提示的方法去提醒人們。同時智能垃圾桶的分類缺乏對應的第三方產品，各個接入設備之間不能兼容，公用性差，不利于產品的研發與擴展。另外，有的系統成本過高，嚴重影響了產品的普及。

文章基于STC89C52芯片，設計一款符合現代需求的智能分類垃圾桶。通過研究STC89C52芯片及溫度接觸傳感器的工作原理和方法[1]，設計出基于STC89C52芯片及溫度接觸傳感器的智能分類垃圾桶[2]，實現智能檢測垃圾材料，正確選擇垃圾投放入口，及時提醒用戶傾倒垃圾等。

2 硬件設計

以STC89C52芯片作為主控芯片，該款MCU內部集成了三個時鐘中斷以及兩個外部中斷，通過 GPIO采集外部數據，經過算法處理，輸出兩路PWM波，利用串口與藍牙通信，最終數據返回至APP顯示，如圖1所示。系統的輔助電源由7.4 V、2200 mAh的20C鋰電池獨立供電，外接太陽能電池板作為鋰電池的充電方式。將7.4 V的直流電壓降壓至5 V，升壓至9 V，為系統各個模塊獨立供電。

2.1 系統輸入

系統輸入分為紅外傳感器輸入[3-4]與金屬傳感器輸入[5]。

紅外1 檢測是否有丟垃圾的趨勢，系統設置距離垃圾桶15 cm為開啟垃圾桶蓋的標志位，紅外2及紅外3分別安裝在垃圾桶內部兩個獨立的分區，用來檢測桶內垃圾的高度是否已經達到了一定值（可回收與不可回收垃圾類的垃圾是否已經裝滿）。

溫度接觸傳感器安裝在垃圾桶的頂部，與紅外傳感器1并行處理，判斷將要投擲到垃圾桶里的垃圾是否為可回收垃圾，所有的系統輸入均已經過硬件二值化處理成為GPIO能接受的高低電平。

2.2 系統輸出

系統輸出分為舵機與藍牙模塊。舵機1由系統輸出的PWM 波1驅動，控制垃圾桶的開蓋與關蓋。舵機2由PWM波2驅動，控制垃圾桶對可回收與不可回收垃圾的分類。垃圾桶內的可回收與不可回收，垃圾類裝滿與否的信息由MCU輸出至藍牙，再由藍牙將信息傳輸到手機APP，以便用戶了解垃圾桶內部的情況。

3 系統軟件設計

互聯網的高速發展，很多相關知識都是通過手機客戶端傳達給大家的，所以設計一款相關的軟件，對于垃圾分類知識的普及很有必要，同時完成垃圾桶內的可回收與不可回收，垃圾類裝滿與否的信息的傳遞。軟件流程圖如圖2所示。

3.1 溫度接觸傳感器與模式選擇數據處理

在MCU接收到紅外1的低電平信號時，系統做100 ms的延時，在該延時期間，將溫度接觸傳感器的輸出讀入到P32的中斷入口，設置觸發中斷方式為下降沿觸發，溫度接觸傳感器輸出的是類似PWM形式的波形，在每個下降沿觸發中斷信號時將counter 計數信號加1。系統判斷物體是否為可回收垃圾的算法是將P32的電平和counter計數信號做與運算處理，保證了系統識別可回收材料的能力。在紅外2和紅外3返回信號都為高電平時，可以自由開蓋;當紅外2和紅外3至少有一個為低電平時，MCU根據溫度接觸傳感器的回讀信號，選擇PWM的占空比。該算法負責在垃圾桶某一部分已經裝滿時，針對相應類型的垃圾，正確地做出是否開蓋處理。

4 系統檢測

1） 當有垃圾進入智能垃圾桶時，STC89C52芯片與紅外線檢測器相結合，紅外線1檢測是否有垃圾投擲輸出信號到MCU1。

2） 紅外線2及紅外線3判斷不可回收垃圾和可回收垃圾是否已滿。

3） MCUI將信號傳送至舵機MG995R判斷是否分類，通過溫度觸覺傳感器判別垃圾是否可以回收并將信息送至舵機LDX-218判斷是否進行開蓋處理。

4） MCU1通過串口通信到MCU2將已滿信息傳送至藍牙HC-05通過信號發送至手機APP。

5 結論

本文通過軟硬件的設計，設計了一款智能垃圾桶，通過設計和實驗驗證，該智能垃圾桶能精準檢測到垃圾的投入，并能根據垃圾種類自動分配垃圾的判別和存放，較好地實現了設計要求，具有較好的實用性。

參考文獻：

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[2] 周強， 管鋒， 林琳， 等. 一種自翻蓋可壓縮多功能智能垃圾桶的設計[J]. 機械， 2016， 43（5）：51-54.

[3] 范立南， 白志強. 基于單片機的智能垃圾桶系統設計[J].儀器儀表用戶， 2008（6）：16-17.

[4] 王和平. 智能紅外線自動垃圾桶設計[J]. 承德石油高等?？茖W校學報， 2011， 13（3）：40-43.

[5] 周連杰， 李建清， 吳劍鋒， 等. 溫度觸覺傳感器的材質識別仿真研究[J]. 傳感器與微系統， 2011， 30（2）.

【通聯編輯：梁書】