基于單片機的多功能家用干濕垃圾分類裝置的研究*

賈超群 ， 麻耀華 ， 陳孝慎

（山東華宇工學院，山東 德州 253034）

0 引言

隨著社會的發展與進步，人們生活習慣的改變，生活質量的提高，生活垃圾處理的需求愈發迫切，垃圾分類尤為重要，垃圾分類是對垃圾收集處置傳統方式的改革，是有效處置垃圾的一種科學管理方法[1-2]。

在查閱大量干濕垃圾系統相關文獻和資料的基礎上，對干濕垃圾系統的特點和要求進行綜合對比分析，課題組設計了單片機多功能家用干濕垃圾分類裝置。它將人工智能技術與現實生活相結合，能夠為垃圾分類提供智能決策和支持，達到精準化生產管理的目的。同時，還能提高人們生活質量，既環保又能產生經濟效益。垃圾分類控制系統提供自動化程序，可以檢測干濕垃圾，檢測垃圾重量，檢測垃圾桶是否滿了，并且可以通過App進行實時監控。垃圾分類裝置可以有效節約時間，方便人們的生活。

1 國內外研究現狀和發展動態

德國、美國以及日本的生活垃圾分類從最開始的人工式到發出提醒的半自動式，再到感應式；按照操作方式可分為滑道式和機械手，最后發展成智能化程度很高的全自動小型機器人。2003年之后步入信息時代，垃圾分類發展方向更加趨向于互聯網和云計算，已經有了一套完整的生活垃圾分類法律體系和分類后的垃圾處理處置體系[3]。

重慶大學的鄧冰峰[4]提出了一種基于微波無損檢測技術，利用空間平面電磁波反射和透射的疊加原理進行垃圾分類的研究方法。通過使用與空間波傳輸方法相同形式的實驗裝置，同時檢測發射天線端和接收天線端的微波信號，發射天線端的微波功率降低到衰減器使用的探測器檢測范圍時，探測器將發射天線端和接收天線端的微波信號轉換為電壓信號，采集卡對電壓信號進行采集和分析[5]，最后將KNN分類算法應用于城市生活垃圾的干濕分類。這類裝置費用較高，難以制成成本低、效率高的小型家用分類裝置，不能達到預期的效果。

基于以上調研，課題組提出了一個基于單片機的多功能家用干濕垃圾分類裝置。

2 單片機多功能家用干濕垃圾分類裝置的設計

2.1 系統總體需求

近年來，根據研究結果可以看出，快速有效的垃圾分類對保護自然資源、自然環境是至關重要的。目前，大部分垃圾分類都是通過傳統的人工管理來實現的，垃圾分類效率低，人工勞動強度高。這樣看來，垃圾分類裝置不僅可以降低人工成本，還可以減少社會資源的浪費，貫徹綠色環保理念。因此，有效進行垃圾分類對于滿足人類生活需求具有十分重要的意義[6]。

2.2 設計內容

本項目在山東華宇工學院電氣學院相關老師的共同指導下，由項目負責人帶領的小組研究基于單片機的多功能家用干濕垃圾分類裝置。該系統通過濕度傳感器、紅外滿載傳感器、紫外線感應消毒技術對垃圾進行分類。用單片機[7]編程控制整個系統的運行，當紅外線發射信號后，蜂鳴器發出響聲用于提醒用戶，此外該裝置還裝有自動粉碎裝置，識別到垃圾之后會自動啟動將垃圾粉碎，粉碎后的垃圾方便使用者處理。

2.3 整體設計

基于上述分析，設計一款基于單片機的多功能家用干濕垃圾分類裝置，提供一種新型的家用干濕垃圾分類裝置，該裝置可以自動區分出干濕垃圾，而且還裝有太陽能板[8]可以節約用電。在濕垃圾儲藏倉底部還有排水口，可以將多余的污水排放出來，這樣不用擔心在扔垃圾時有污水流出來而造成的環境污染，并且此裝置大大提高了垃圾回收率。技術路線主要分為干濕垃圾檢測系統、垃圾回收系統、滿載檢測系統、太陽能發電系統、物聯網系統等，如圖1所示。

圖1 系統結構圖

2.4 硬件設計

基于單片機的多功能家用干濕垃圾分類裝置主要硬件是濕度感應器、重力感應器、紅外線觸發器、紫外線感應燈[9]等。

家用干濕垃圾分類的智能裝置區利用太陽能光板進行發電，然后通過干濕感應器對垃圾進行分類和整理，對于有污水產生具有特殊氣體的垃圾進行一個紫外線消毒。通過單片機可以控制整個系統，這使得整個流程得以順利進行，帶動整體的工作。

按下開關，整個工作開始，垃圾投放進來，首先由濕度感應器區分干濕垃圾，感應器將垃圾進行分類，然后將不同的垃圾放到不同的收納箱中，如果是干垃圾就會落入干垃圾的儲存倉，如果是濕垃圾將會粉碎垃圾，粉碎后便將這些垃圾放到垃圾儲藏倉中，此時旋轉桶旋轉將濕垃圾的污水通過排水口排出。同時利用紫外線消毒燈進行消毒，這就是此裝置工作的整個過程。

紅外線接收發射器的運用方法如下：在倒的垃圾產生一定的數量和最高水位、污水的儲存到達一定的高度儲存空間難以滿足時，紅外接收發射器就開始響應，提醒人們進行處理，人們受到提示后，按下開關就可以進行處理[10]。同時，這個干濕垃圾的分類智能裝置還有一個LED的燈泡，幫助使用者在夜間分辨出垃圾處理裝置在什么地方，它本身是通過太陽能光板發電進行通電。它還帶一個測溫系統，對系統處理裝置和周圍環境進行測溫，更加方便了人們的生活。這就是垃圾分類智能裝置的總體內容，其實物結構圖如圖2所示，三維立體圖如圖3所示。

圖2 實物結構圖

圖3 三維立體圖

2.5 軟件設計

干濕垃圾分類系統可以對控制干濕垃圾的儲存倉消毒。分析模型可以實現自動控制設備，例如垃圾粉碎、垃圾回收、重力感應等。另外，此干濕垃圾分類系統可以通過紅外線檢測系統檢測垃圾的多少，確保在垃圾桶滿時可以及時清理，實現良好的管理，為高質量的生活創造條件。此系統不僅使用成本低，還大大減少了人力資源的成本。軟件設計如圖4所示。

圖4 軟件設計圖

3 結論

通過學習和研究，本項目采用傳感器采集垃圾濕度的方法，解決了干濕垃圾分類難的問題，同時結合單片機技術，使項目開發成本更低、使用更方便，手機App的開發為用戶提供更好的實時監控。本項目所設計的家用干濕垃圾分類的智能裝置，各方面性能都比較高，相較于傳統模式，投放效率更高，節約時間，有著較高的研究價值，發展前景樂觀。