放置在公共場所的可翻蓋和及時清理的智能垃圾桶設計

梅吟松 王雯雯 陸慶文 王濤

摘? ?要：我們設計的智能垃圾回收系統由監控端和智能垃圾桶所組成。其主要由以下幾個基本部分構成，分別為AD模塊、紅外感應模塊、語音模塊、超聲波測距模塊、電機驅動模塊、LCD顯示模塊以及GPS模塊，以TM32單片機作為基礎載體通過編程來實現各個模塊之間的相互配合，將各個模塊相互聯系實現其自動開關蓋，自動檢測垃圾溢滿程度，自動上傳數據。并對其各個模塊基本原理進行了介紹。

關鍵詞：智能垃圾桶? 紅外感應? 超聲波測距? 溢滿檢測

垃圾桶帶來了很多的便利，但在生活中我們進程看見垃圾桶旁邊堆滿了垃圾。因為溢滿垃圾桶不能及時被清理。城市現在所采用的清潔模式耗費大量的人力以及物力，但同時又尚未能解決以上問題，需要引入新的模式解決垃圾回收問題。

1? 系統的功能分析

自動開關蓋：當人在經紅外感應模塊檢在擬定距離內紅外感應模塊會自動產生有效信號，傳遞給主控模塊傳給電機驅動模塊，電機驅動模塊控制電動推桿使開蓋，開蓋后擬定距離內無人電動推桿使垃圾桶蓋閉合。溢滿時，不打開。

語音播報：開蓋同時播放語音，處于溢滿播放語音。

顯示提示和廣告：沒人靠近顯示器上顯示廣告，當人靠近主控模塊控制顯示模塊更換顯示信息提示投放，處于溢滿提示不能投放。

檢測溢滿：超聲波測距系統檢測垃圾桶桶內垃圾的高度，若其到達已經預設的高度將信息傳遞給主控模塊，同時控制電機驅動，播報顯示溢滿。

上傳滿溢：經過超聲波測距系統的檢測傳遞給主控塊，再通過GPS模塊上傳給監控端。

流程圖如圖1所示。

2? 系統的電路結構分析

為了達到驅動控制機械裝置的要求，電路需要滿足以下技術指標：（1）保證投垃圾者接近垃圾桶時蓋子能夠準時打開，不受路過人員影響，設定紅外感應模塊有效范圍為0.5m;（2）連續感應時間達3s后開蓋延遲10s后關蓋;（3）桶內垃圾距離桶內超聲波測距模塊的臨界距離為5cm。該智能垃圾桶內部電路采用STM32單片機構成主控電路，通過程序控制各部分運作。整體電路由單片機系統，AD模塊，紅外感應模塊，超聲波測距模塊，語音模塊（功放電路），電機驅動模塊，電動推桿，LCD顯示模塊，WIFI模塊組成。當投垃圾者進入感應區且延時3s后，紅外模塊會自動產生有效模擬信號送給AD采集模塊轉化為數字量給單片機STM32，然后單片機產生脈沖控制信號給電機驅動模塊，最后電機驅動模塊控制電動推桿，同時語音模塊經由功放和喇叭播報提示音，延時等待10s后電機轉動蓋子合上。當超聲波測距模塊檢測到垃圾高度設定值時，超聲波測距模塊產生信號經變送放大交給AD轉換，在傳給STM32進行語音報警，同時通過GPS模塊發送給監控端。

（1）STM32單片機 采用是STM32f103單片機

（2）AD模塊采用11通道的TLC2543提高數據采集的精度。

（3）紅外感應模塊采用GP2Y0A21YK0F基于三角測量原理。紅外發射器發射紅外光束，當遇到物體以后，光束會反射回來，反射回來的紅外線被CCD檢測器檢測到以后，獲得一個偏移值L，利用三角關系，在知道了發射角度a，偏移距L，中心矩X，以及濾鏡的焦距f以后，傳感器到物體的距離D通過幾何關系計算。

（4）語音模塊語音芯片WT588D-20SS，功放芯片TC8002D。

（5）超聲波測距模塊選用HC-SR04，采用IO口TRIG觸發測距，給至少10μs的高電平信號。模塊自動檢測信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平持續的時間是超聲波從發射到返回時間。測試距離=（高電平時間*聲速（340m/s））/2。

（6）電機驅動模塊電動推桿是理一訊LX600的直流電動直線伸縮桿，電機驅動使用H橋L298N。本垃圾桶使用直流推桿，其輸入端可以與單片機直接相聯IO口提供信號，控制電機正反轉達到推桿伸縮。

（7）LCD顯示模塊如圖2所示。

（8）GPS模塊垃圾桶使用的GPS模塊為NEO-7M。

3? 調試結果

按照上述組裝智能垃圾桶，并進行驗證通入電源， LCD屏幕顯示廣告，人在紅外感應范圍內，3s后垃圾桶自動開蓋，并播報投放垃圾的提示語音，LCD顯示屏內容變化為謝謝投放。開蓋10s，人走后垃圾桶蓋子自動關上，LCD顯示屏內容切換為廣告。若桶內垃圾達一定高度，顯示內容切換為垃圾已滿，蓋子不開，監控端收到垃圾桶上傳溢滿信息。智能垃圾桶設計原理正確。現場調試測試驗證了智能垃圾桶的各項功能。

參考文獻

[1] 葛曉彤，陳西凝，孫涵，等.智能垃圾桶的設計[A].山東科技大學.2095-0748（2018）16-0038-02.

[2] 王麗，黎毓杰，葉泰杰，等.基于32位單片機控制的智能垃圾桶遠程實施監控系統設計[A].華南理工大學.2095-509X（0217）06-0045-04.

[3] 徐蔡軍，張莉萍，葛鴻翔，等.基于ARM的只能車位鎖遠程控制系統設計[A].上海工程技術大學.100-8829（2017）08-0059-03.

[4] 項馨儀，李宏，陳佳明，等.一種智能垃圾桶管理系統.中國.CN201310219088.1[P].20130904.佰騰網.

[5] 馬麗，臉飛.一種基于物聯網的智能垃圾桶.中國.CN201621445385.3[P].20161227.佰騰網.