智能除味分類垃圾桶

喬亞琴，鄭 高，何迎俠，成 龍，李 皓

（西安交通工程學院，陜西 西安 710300）

金屬對我國現階段來說其需求量很大，但是我國對金屬的重新利用程度并不是很高，所以會產生很多金屬類的垃圾，因此很有必要對這類垃圾進行分類。現在我們國家在主要的道路上設置了多種多樣的垃圾桶，但分類的效果并沒有達到預期。

在實際的運用中，想要實現自動分類垃圾還是較為困難的，只能通過智能研究手段把金屬和非金屬的垃圾分開。將垃圾完全處理掉是需要很多人力物力的，因為其價格高昂，所以不適用于日常垃圾處理。想要對垃圾資源進行有效分類回收，還要滿足環境保護、節能、等方面的要求，我們通過研究設計了這個新型智能除味分類垃圾桶。為了滿足現代社會的需求。

1.智能分類垃圾桶的研究與設計

本產品的設計理念主要來自垃圾的結構和功能，能將垃圾桶內的臭氣處理掉，和自動分類等等。從智能語音提示入手去設計智能垃圾桶，能夠滿足人們對垃圾桶在功能上的需求。同時垃圾桶的造型設計與色彩運用設計也是十分重要的。因為人們現在不僅對使用功能有所要求，還對美觀與否存在要求。

一是分類回收功能設計。對垃圾進行合理地回收分類能夠使得我們更好地去利用垃圾資源。細分城市垃圾的話基本可以分成兩個部分，一部分是可回收利用的，另一部分就是不可回收利用的。可以回收利用的垃圾例如金屬、塑料瓶、廢紙。但是隨意扔掉舊電池會使得地下水和環境受到不可逆轉的破壞，所以我們就必須要有針對性地對這些廢棄物進行一個回收從而避免對環境造成破壞。可以把他們全部堆放在一起，這樣就可以把可回收和不可回收的垃圾成功地區分開來。然后還可以采取顏色分類的方法區分，給可回收垃圾桶和不可回收垃圾桶涂上不一樣的顏色，使得人們在投放垃圾的時候更容易進行區分。二是吸附性設計。垃圾桶的作用是能夠對垃圾進行一個暫時的存儲，但有些垃圾在桶內分解后會散發出臭氣，所以應該改善垃圾桶在這方面的問題[1]。使用吸附性的材料能夠使得腐爛的氣味能減少一些，后面再利用臭氧徹底將味道除掉。三是自動翻蓋。傳統垃圾桶是人手動開蓋，或用腳，人與垃圾桶有直接接觸，因此會增加細菌的傳播幾率。本產品采用紅外線感應傳感器[2]，物體識別以及有人靠近打開蓋子，當垃圾扔進去的時候，紅外線感應傳感器再次感應，蓋子自動就關上了。四是智能語音。在垃圾桶上設有系統的聲音模式，當靠近垃圾桶的時候，智能語音系統就會提示人們把垃圾扔進正確的垃圾桶[3]。

2.產品結構

我們把一個開口放在垃圾桶的頂部，并且把桶蓋設置在開口的上邊，垃圾桶的蓋子結構指向其頭部的上部，它打開到中央蓋端旋轉軸的方式，一邊打開通過垃圾桶的另一側打開兩側，一個桶體從蓋子的另一側穿透上，打開側措施處理側滿足兩個手柄，這表明每個開關。分區，然后你聽到的是高度三分之二的管子設置頂部內部電池和吹風機的一側，吹風機打開風扇與建立在電池的頂部和側面，安裝在磁鐵和電容器之間。桶體上裝有智能芯片和紅外傳感器[4]（如圖1）。

圖 1 產品結構圖

制造這種裝置后，在蓋上安裝了一個語音設備，在垃圾桶桶身上放置了能夠吸收太陽能量的電池板。然后把這塊電池板和電容器連接在一起，電容器為智能芯片、紅外傳感器、語音發生器和烘干機供電。在出口處再放置一個智能芯片，兩者同步進行，并且將他們同語音系統想聯系起來，能夠相互配合。

3.具體的設計和研究與發展戰略

一是對垃圾的初步分類。一旦物體到達上部入口，傳感器發送一個信號，該信號在內部運行，輸送機能夠使得物體本身得到一個緩沖的作用，然后傳送帶不斷移動的時候就會自動地落入到小孔之中。將小紙、塑料和其他光物體吹到右圓柱的端。通過磁鐵具有吸力的這個物理特性，使得金屬能夠與磁力相互吸引，同時還設置了一個隔板，以免垃圾混亂。二是節能環保。現在設計的垃圾桶配備了太陽能電池板來收集能源。通過這種方式每天可節省0.87千瓦的電力，從而達到節能環保的設計目標。三是自動監控芯片。在垃圾桶的集成電路中設置智能芯片[5]，每次收集垃圾時，垃圾桶的無線電波都會被定向發送到垃圾桶管理者的手機上，這樣能夠使得管理者工作起來更加快速便捷。只需要通過手機上邊的定位便可以知道哪個地方的哪一臺設備出現了問題。這樣就可以更加快速并且準確地解決問題。四是警報系統。這個產品通過GPS定位[6]，當垃圾箱被人為的移動超過5米時，系統就會通過揚聲器發出警報，并且將信號和位置發送至我們的服務站電腦終端與工作人員手機終端上。這避免了因垃圾桶丟失而造成經濟損失。五是物聯網傳輸。桶內裝有傳感器和物聯網模塊部分，當垃圾桶內垃圾填滿時會自動連接并通過物聯網[7]網站可以實時反映出垃圾桶已填滿并保持關閉狀態，并將信息推送至相關工作人員客戶端，提醒及時回收垃圾。六是中央處理器。中央微處理器連接風扇散熱、使用傳送帶、識別元件、紅外線傳感器、GPS、罐蓋控制開關路由器和（OS、Android）客戶端、防布器、定時器等元件。而作為信息交換中心，它用于接收、處理和傳輸信息。七是優化線路。垃圾回收時，在 Android、OS客戶端中[8]，該系統采用簡單的算法計算方式，計算出最優的清理回收路線，使垃圾回收效率更加高效。八是數據整合。通過敏感傳感器，當每天丟入的垃圾量達到峰值時可以統計，可以識別產品糾察區的居民生活習慣、消費水平和聚集人群的密集度。由此統計的數據可以統一發給有需要的公司，公司可以將數據進行處理，在必要的時候把產品帶到促銷中，從而解決研究勞動力、材料、節省時間和庫存等問題[9]。九是垃圾壓縮。這個垃圾桶可以將扔進去的垃圾的體積進行有效的縮小，使得垃圾桶的利用率得到了極大的提升。遠遠超過了傳統的垃圾桶。

4.硬件框架構成

這套系統將采用一些同種型號的單片機作為芯片并作為主控芯片，這款MUC內部集成中斷三個時鐘，外部兩個時鐘中斷，通過GPO統計外部的數據組，通過程序運算算法處理，輸出兩路的幅值相等而寬度不相等的脈沖，利用拓展接口與藍牙通信，最后將數據整合返回APP顯示。

一是數據輸入。數據的輸入分為兩種，一種紅外探測器輸入，一種金屬探測器輸入，紅外探測器用來檢查是否有垃圾進入，這個系統將會安裝到距離垃圾填15cm的距離內安裝垃圾桶蓋。紅外線安裝在垃圾桶內壁以檢查桶中的垃圾有沒有將垃圾裝。在垃圾桶前邊設計的檢測器可以有效地檢測出人們扔進去的垃圾是不是金屬垃圾。二是系統輸出。系統輸出分為兩個模塊，一個是舵機另一個是藍牙模塊。系統輸出的PwM波1驅動舵機1，垃圾桶的開蓋與關蓋由舵機1控制。PWM波2驅動舵機2，垃圾桶對金屬及非金屬的分類由舵機2控制，MCU輸出將垃圾桶內的金屬類別及非金屬類別有沒有裝滿的信息傳到藍牙再由藍牙把信息傳到手機APP，方便用戶了解垃圾桶內部的狀況。

5.軟件結構分析

關于金屬傳感器和模式選擇數據處理。MCU從紅外線接收延遲100ms金屬傳感器輸出的p3中斷時，在中斷樣式的入口處設置，將解壓金屬PWM一系列傳感器波形衰減，每次中斷信號均勻，其解壓每個計數系數信號都加入到其中。一種允許系統使用金屬確定物體的計算方法是通過處理p3的電壓信號和阻隔計信號來確保系統識別金屬物體的能力。紅外和紅外3都高度敏感,可以自由打開和關閉。關于mcu 使用藍牙與客戶進行通信。此次設計的系統使用了兩塊STC89C5芯片,第一塊是用來處理垃圾桶目前需要完成的任務，而另一塊是輔助第一塊工作，用來接收第一塊所獲取到的信息內容。用戶還可以通過藍牙隨時隨地能夠知道這個垃圾桶是處于一個什么樣的狀態。是已經裝滿了垃圾還是可以繼續往里投入垃圾，都能夠及時地知道。當紅外線和紅外夜視第三代技術至少為低電流時微控電路板選擇金屬傳感器接收的旋轉信號和脈沖寬度調制。本算法負責在垃圾桶某一部分已經裝滿時，針對不同種類的垃圾，從而判斷是否需要開蓋的選擇。

6.實際運用案例分析

在實際的應用中，我們根據硬件和軟件相結合設計出了一款比較完善的智能垃圾桶。這款垃圾桶當有人準備扔垃圾靠近時，感應器會自動打開垃圾桶的蓋。各種金屬掃描后，如果金屬內部機器向右打45度，使得金屬能夠落到左邊的專門用來放置金屬垃圾的箱里邊，在金屬槽內，在金屬槽內，有色金屬如果檢測到垃圾，向左偏移45度，這個槽是專門用來存放非金屬垃圾的，當垃圾桶已經盛滿了垃圾桶的時候，有人繼續往里邊丟垃圾的話，為了使得里邊的垃圾不會漏出來，系統會自動接收到這個信息，選擇不會打開垃圾桶。反之若是垃圾桶并沒有被裝滿，則垃圾桶就會選擇自動開蓋。該垃圾桶智能之處在于擁有藍牙，可以直接通過藍牙接收到垃圾桶傳過來的信息，使得另一邊的客戶端能夠知道垃圾桶有沒有裝滿，這樣就能夠在接受信息后及時地對垃圾桶內的垃圾進行清理。

針對系統輔助電源問題，以00mah型鋰電池為電源，通過降壓和升壓電路，處理系統所需的電壓50V、74V和9.0V。此外，該分類箱還配備了太陽能電池板，經過實際測試，在室內環境中產生最低輸出45MW、最高輸出85MW、最低輸出100MW和室外環境最高功率650MW。