基于物聯(lián)網(wǎng)的高校智能垃圾桶設(shè)計(jì)*

劉 夢(mèng)，程藝明，王焯熙，楊東偉，孟令月，馮國(guó)紅

（東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

據(jù)相關(guān)調(diào)查報(bào)告顯示[1]，我國(guó)每年在校大學(xué)生約3 700萬(wàn)人，按照人均垃圾日產(chǎn)生量1.12 kg計(jì)算，大學(xué)生群體平均每天可產(chǎn)生超過(guò)4萬(wàn)t的垃圾，高校垃圾處理問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注。然而，現(xiàn)階段很多高校在垃圾處理方面仍存在許多問(wèn)題，如室內(nèi)采用“一桶式”垃圾桶、宿舍樓等人員密集區(qū)域的垃圾得不到及時(shí)清理等。為維護(hù)校園環(huán)境衛(wèi)生和提高師生生活滿意度，現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種智能垃圾桶，建立了一個(gè)智能垃圾桶信息處理網(wǎng)絡(luò)，增加了垃圾桶的投擲引導(dǎo)功能[2]，并能將滿溢信息及時(shí)反饋給工作人員，以便工作人員及時(shí)清理垃圾，從而改善上述問(wèn)題。

1 智能垃圾桶設(shè)計(jì)理念

現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研制一種高校智能垃圾桶，該垃圾桶上設(shè)有功能集成區(qū)，在其內(nèi)部利用單片機(jī)建立檢測(cè)模塊、Wi-Fi模塊和顯示模塊等，見(jiàn)圖1。

圖1 垃圾桶的總體功能模塊

單片機(jī)作為中間控制樞紐，可接收到檢測(cè)模塊中紅外傳感器對(duì)垃圾桶滿溢狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信號(hào)，并通過(guò)單片機(jī)與Wi-Fi模塊相連實(shí)現(xiàn)其網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，將當(dāng)前垃圾桶的信息上傳至云端，并及時(shí)反饋給清潔人員。每個(gè)垃圾桶可以通過(guò)Wi-Fi模塊從云端調(diào)取其他垃圾桶的ID信息、滿溢信息，并發(fā)送給單片機(jī)，再由單片機(jī)將信號(hào)傳遞給可視化的有機(jī)發(fā)光二極管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）屏，直觀地告訴使用者附近未滿垃圾桶的信息，從而實(shí)現(xiàn)垃圾桶的投擲引導(dǎo)功能[3]。

此外，根據(jù)高校產(chǎn)生垃圾的特點(diǎn)對(duì)垃圾的分類進(jìn)行細(xì)化，設(shè)計(jì)垃圾桶的外觀和結(jié)構(gòu)，使之外觀和功能更突出、更具有辨別引導(dǎo)功能，從而增強(qiáng)人們的垃圾分類意識(shí)和提升垃圾的回收利用率。

2 智能垃圾桶整體設(shè)計(jì)

該智能垃圾桶由智能化設(shè)計(jì)部分及垃圾桶的結(jié)構(gòu)和外形的再設(shè)計(jì)兩部分組成，整體設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。

圖2 垃圾桶的整體設(shè)計(jì)圖

2.1 垃圾桶的智能化設(shè)計(jì)

垃圾桶的智能化設(shè)計(jì)主要由檢測(cè)模塊、Wi-Fi模塊和顯示模塊三部分組成，分別實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能、物聯(lián)網(wǎng)功能和引導(dǎo)功能，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立起一個(gè)智能垃圾桶信息處理系統(tǒng)，見(jiàn)圖3。

圖3 總體網(wǎng)絡(luò)示意圖

2.1.1 檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)垃圾桶的滿溢檢測(cè)功能，需要在垃圾桶內(nèi)安置測(cè)距傳感器，以獲悉桶內(nèi)垃圾滿溢狀況。現(xiàn)采用ORA1L03-A0紅外測(cè)距傳感器來(lái)檢測(cè)垃圾桶的滿溢狀況。紅外傳感器可根據(jù)距離障礙物的遠(yuǎn)近而改變輸出電壓，將其安裝于垃圾桶頂部，測(cè)量桶內(nèi)垃圾距離垃圾桶頂部的高度，根據(jù)單片機(jī)接收到的輸出電壓的反饋值，便可知道垃圾桶的滿溢情況，見(jiàn)圖4。

圖4 垃圾桶檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)圖

2.1.2 Wi-Fi通信模塊的設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)垃圾桶的網(wǎng)絡(luò)通信功能，每個(gè)垃圾桶都有內(nèi)置Wi-Fi模塊，將串口或晶體管-晶體管邏輯（Transistor-Transistor Logic，TTL）電平轉(zhuǎn)為符合Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊，從而將垃圾桶的ID信息、滿溢信息實(shí)時(shí)向云端服務(wù)器上傳，建立起一個(gè)智能垃圾桶信息處理網(wǎng)絡(luò)。

Wi-Fi模塊與云端服務(wù)器的連接是雙向的[4]。對(duì)于工作人員而言，垃圾桶利用Wi-Fi模塊將ID信息、滿溢信息實(shí)時(shí)向云端服務(wù)器上傳，工作人員可在服務(wù)器的后臺(tái)獲取校園內(nèi)所有垃圾桶的ID信息和滿溢信息，通過(guò)對(duì)校園各處垃圾桶滿溢信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，判斷是否需要清理，并視情況適當(dāng)調(diào)整所布置垃圾桶的種類和數(shù)量，以使垃圾桶更好地服務(wù)于校園衛(wèi)生。

對(duì)于使用者而言，每個(gè)垃圾桶還可通過(guò)此Wi-Fi模塊從云端調(diào)取其他未滿垃圾桶的ID信息，通過(guò)單片機(jī)將信號(hào)傳遞給顯示模塊，實(shí)現(xiàn)后續(xù)垃圾桶的投擲引導(dǎo)功能。

2.1.3 顯示模塊的設(shè)計(jì)

基于前述滿溢檢測(cè)功能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，單片機(jī)可接收到其他垃圾桶的ID信息、滿溢信息，并將信號(hào)傳遞給顯示模塊。垃圾桶利用顯示模塊中可視化的OLED屏幕實(shí)現(xiàn)投擲引導(dǎo)功能：若垃圾桶未滿，OLED屏幕上顯示垃圾分類提示信息和當(dāng)前垃圾桶的使用方法；若垃圾桶已滿，OLED屏幕上顯示附近其他同類垃圾桶的信息。兩種顯示狀態(tài)見(jiàn)圖5。

圖5 垃圾桶的顯示狀態(tài)

2.2 垃圾桶的外形設(shè)計(jì)

為更好地適用于高校垃圾處理工作，現(xiàn)針對(duì)高校垃圾種類將垃圾桶分類細(xì)化，并對(duì)不同垃圾設(shè)計(jì)了不同的投擲口，用特定的形狀和顏色來(lái)引導(dǎo)垃圾分類投放，使其外觀和功能更加突出，增強(qiáng)人們的垃圾分類意識(shí)[5]。投擲口設(shè)計(jì)概念圖見(jiàn)第98頁(yè)圖6。

圖6 垃圾桶的投擲口設(shè)計(jì)

3 結(jié)束語(yǔ)

該智能垃圾桶設(shè)計(jì)合理，功能實(shí)用，巧妙地將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到環(huán)保領(lǐng)域，結(jié)合當(dāng)下垃圾分類熱點(diǎn)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了適用于高校的智能垃圾桶，可以有效解決校園內(nèi)垃圾清理不及時(shí)的問(wèn)題，并引導(dǎo)師生分類投放垃圾，有助于維護(hù)校園環(huán)境衛(wèi)生，提高師生生活滿意度。