基于安卓的智能車載垃圾桶實時監測系統設計

于芳 田樹環 張威 庹小龍

（湘南學院軟件與通信工程學院 湖南省郴州市 423000）

隨著我國經濟的發展和科技技術的進步，智能家居的時代已悄然到來，人們對生活品質有了更高要求[1]。很多車主喜歡裝備車載迷你垃圾桶，方便乘客在車上丟垃圾，以保護道路環境和車內衛生，建設文明城市。但目前的車載垃圾桶還存在著許多問題。

（1）無法提醒車主及時處理桶內已積滿的垃圾而導致垃圾發酵，引起車內環境污染；

（2）一些吸煙者可能會將未熄滅的煙頭直接扔入垃圾桶內，如果里面有易燃的垃圾，可能留下火災隱患；

（3）乘客可能會在車載垃圾桶的底部留下一定的積液，如得不到及時處理，垃圾會產生異味、滋生細菌；

（4）車載垃圾桶不能自動殺菌消毒，總體問題是缺乏智能化統一設計。

目前國內對于智能垃圾桶的研究不僅局限在大型公共垃圾桶的智能化集中管理、居家辦公等室內智能垃圾桶，也慢慢關注到汽車等小型空間垃圾桶的智能化問題上。

本文設計的智能車載垃圾桶實時監測系統，能有效解決車載垃圾桶的智能化問題。

1 硬件結構設計

車載智能垃圾桶以STC89C52 單片機[2]最小開發板作為主控制器，添加光敏傳感器、紅外傳感器、氣味傳感器和藍牙等硬件。硬件系統工作流程如下：

（1）當車載垃圾桶上電后，系統處于待機狀態，開啟光敏傳感器及氣味傳感器；

（2）車載垃圾桶上的氣味檢測模塊會進行氣味檢測，如果出現異味或者煙霧，則蜂鳴器會發出鳴笛聲報警，提醒車主清理垃圾、解決存在的安全隱患；

（3）車載垃圾桶上的光感應模塊會檢測車載垃圾桶內的垃圾是否滿溢，如果滿溢，則會通過蜂鳴器發出連續的滴滴聲警報，提醒車主需要清理桶內的垃圾;

（4）當車載垃圾桶底部有一定量的積液時，底部積液監測模塊會被接通，蜂鳴器被開啟，發出間斷的滴滴聲警報。

2 軟件結構設計

智能車載垃圾桶APP 主要根據硬件結構功能來進行設計，系統包括4 個主要功能模塊：溢滿監測報警模塊，異味監測報警模塊，積液監測報警模塊，紫外線殺菌模塊和3 個連接設置模塊：藍牙通信模塊，白燈設置模塊和報警設置模塊。APP 的主界面添加了十二個按鈕來控制單片機的主要功能，藍牙模塊主要控制APP 和單片機之間的通訊。APP 實時監測系統結構如圖1所示。

3 實時監測系統APP主要模塊設計

3.1 溢滿監測報警模塊

圖1：智能垃圾桶APP 實時監測系統結構圖

溢滿監測報警模塊主要分為三個部分：光感應模塊、蜂鳴器報警模塊和手機APP 控制模塊的開啟、關閉。這三個部分具體描述如下：

3.1.1 光感應模塊

光感應模塊由光敏電阻傳感器[3]模塊和小聚光燈構成。光敏電阻是利用半導體的光電效應制成的一種電阻，其電阻值與入射光的強弱相關：入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。將小聚光燈和光敏電阻分別裝在車載垃圾桶的兩側。小聚光燈接通電源以后會發亮，光敏電阻則會感受小聚光燈的光，保持一個正常狀態，但當桶內的垃圾擋住了由小聚光燈的光，則光敏電阻會感受到無光狀態，把接受到的信息傳送給主控模塊（STC89C52）。通過蜂鳴器發出連續的滴滴聲報警提醒。光敏電阻傳感器模塊的輸出與STC89C52 單片機的 P2 口的 P2^3 引腳相連接，當光敏電阻傳感器模塊輸出為高電平時，即 P2^3 引腳為高電平時，且處于定時掃描時間內，程序控制打開蜂鳴器。

3.1.2 蜂鳴器報警模塊

當監測到車載智能垃圾桶內的垃圾滿溢時，通過 STC89C52單片機上蜂鳴器發出連續的滴滴聲警報，提醒車主清理垃圾。當P2^3 引腳處于高電平時，并且在定時掃描時間內，則蜂鳴器打開。

3.1.3 手機APP 控制模塊的開啟和關閉

車主可通過智能車載垃圾桶 APP 打開溢滿監測提醒模塊，溢滿監測提醒模塊便可進入工作狀態，而且 處于間斷工作，每次工作狀態會持續 10s，當車主聽到蜂鳴器發出連續的滴滴聲警報時，車主可通過智能車載垃圾桶 APP 關閉該模塊。

3.2 異味監測報警模塊

該模塊主要采用MQ135 空氣質量傳感器，該傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2)這種傳感器主要運用于家庭和環境的有害氣體[4]探測裝置，適用于氨氣，芳香族化合物，硫化物，苯系蒸汽，煙霧等有害氣體的探測。傳感器的模擬量輸出電壓和氣味濃度滿足正相關系數。同時它具有對硫化物，苯系蒸汽，煙霧等有害氣體具有較高的靈敏度，具有較長時間的使用壽命以及可靠的穩定性，并且具有快速響應恢復特性。氣味傳感器可以監測到垃圾腐爛所發出的刺鼻的硫化氫氣體，其傳感器原件上涂有一層對硫化氫氣體極為敏感的材料，當垃圾散發的氣味超過預設的上限后，該材料會發生物理上電阻阻值的變化，引起電路中電平的變化。單片機檢測到該電平變化后，便可做出相應的反應。

MQ135 空氣質量檢測傳感器具有如下特點：

（1）具有信號是輸出指示燈指示；

（2）雙路信號輸出；

（3）TTL 輸出有效電平為低電平；

（4）具有長期使用壽命和可靠的穩定性。

MQ135 空氣質量檢測傳感器的工作電壓為2.5V-5.0V，產品尺寸為10.mm*21.0mm，固定孔尺寸為20mm。通過使用MQ135 空氣質量傳感器可以實時地對垃圾桶內異味濃度和煙霧濃度進行監測，當垃圾桶內異味濃度和煙霧濃度到達預設上限值時，蜂鳴器開始響應，發出間斷的滴滴聲警報，提醒車主。車主可通過手機 APP控制模塊的開啟和關閉。

當氣體檢測傳感器的感應到垃圾桶內氣味或煙霧濃度超過預設值時，P2^2 會輸出高電平（P2^2 = 1）給主控制模塊——52 單片機，之后主控模塊便會啟動蜂鳴器，蜂鳴器會發出間斷的滴滴聲警報，提醒車主檢查垃圾桶，解決可能存在的安全隱患。

表1：紫外線 LED 燈具體信息

表2：藍牙模塊硬件接口說明表

3.3 積液監測報警模塊

將連接單片機的兩根導線的接頭分別置于車載垃圾桶內底部兩端，如果車載垃圾桶底部有一定量的積液存在，則這兩根導線會接通，致使電路發生短路，蜂鳴器會響應，發出鳴笛聲警報提醒。車主可通過手機 APP 控制模塊的開啟和關閉。

3.4 紫外線殺菌模塊

紫外線波長在 240～280nm 范圍內最具殺破壞細菌病毒中的DNA(脫氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子結構[4]，造成生長性細胞死亡和(或)再生性細胞死亡，達到殺菌消毒的效果。紫外線光不是紫光，肉眼可見光少，對人的眼睛傷害較小，少了較多干擾紫光，熒光效果好，增強了殺菌能力。通過藍牙連接手機APP，控制紫外消毒殺菌模塊，對車載智能垃圾桶桶內進行紫外殺菌。紫外線殺菌消毒模塊具體信息如表1所示：

特點：

（1）波長越低，亮度越低，熒光效果反射越強烈，殺菌效果較好；

（2）紫外線光不是紫光，肉眼可見光少，對人的眼睛傷害較??；

（3）少了較多干擾紫光，熒光效果好，增強了殺菌能力。

紫外線殺菌消毒模塊使用光宏3W 紫外LED 燈，電壓3.2V-3.8V，電流350-700mA，波長365-700nm，光通量120-160mW，焊接溫度260 度，焊接時間3S，工作溫度小于60 度。該模塊既要與單片機相連，又要與手機 APP 進行藍牙匹配。藍牙模塊與單片機連接具體情況為用連接線連接 P3 口和電源，紫外燈連接電源與 P2 口。

3.5 藍牙通信模塊

該模塊采用CRS 藍牙芯片——SH-HC-06 藍牙模塊。主要用于短距離數據無線傳輸，傳輸距離小于或等于 30 米，供電電源 3.3V，并且支持 UART 接口[5]。其模塊優點：成本比較低，體積很小，接受和發送數據靈敏性高，性價比高。其接口說明如表2所示。

4 總結

該智能車載垃圾桶采用了STC89C52 單片機作為主控模塊，結合MQ135 空氣質量傳感器傳感器、光敏傳感器、紫外LED 燈、HC-06 藍牙模塊等組成整個硬件系統，用戶通過安卓開發的智能車載垃圾桶APP 實現遠程交互與實時監測。

垃圾桶在沒有APP 控制的時候具有獨立的中斷復位功能，自成系統。做到了無人控制便能自己完成溢滿監測提醒，積液監測提醒，異味監測提醒三大主要模塊，而紫外線殺菌消毒模塊則由用戶通過APP 來控制。

整個實現過程分為四步：

（1）硬件部分工作電路的設計；

（2）程序流程總圖的設計；

（3）APP 的設計和系統代碼的燒寫；

3）通過BIM技術，將紙質版的圖紙轉化成數字化信息，相比于紙質圖紙，BIM技術本身擁有強大的數據運算能力和數據檢索能力，能減少許多發生在紙質圖紙上的錯誤、能大幅提升資料整理與修改的效率。并且，傳統民居的相關數據更加精準，利用這種三維建筑模型，儲存更加方便，為以后傳統民居的保護和修繕提供了良好的數據。提高了日后的工作質量和工作效率。

（4）調試與測試。

本系統有效解決了汽車車主們對車載垃圾桶的智能化需求問題，但無論從系統與用戶的交互還是本身的智能化來看，都需要不斷改進和優化，以滿足用戶的更多需求。