放置在公共場(chǎng)所的可翻蓋和及時(shí)清理的智能垃圾桶設(shè)計(jì)

梅吟松 王雯雯 陸慶文 王濤

摘? ?要：我們?cè)O(shè)計(jì)的智能垃圾回收系統(tǒng)由監(jiān)控端和智能垃圾桶所組成。其主要由以下幾個(gè)基本部分構(gòu)成，分別為AD模塊、紅外感應(yīng)模塊、語(yǔ)音模塊、超聲波測(cè)距模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、LCD顯示模塊以及GPS模塊，以TM32單片機(jī)作為基礎(chǔ)載體通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊之間的相互配合，將各個(gè)模塊相互聯(lián)系實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)開(kāi)關(guān)蓋，自動(dòng)檢測(cè)垃圾溢滿程度，自動(dòng)上傳數(shù)據(jù)。并對(duì)其各個(gè)模塊基本原理進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：智能垃圾桶? 紅外感應(yīng)? 超聲波測(cè)距? 溢滿檢測(cè)

垃圾桶帶來(lái)了很多的便利，但在生活中我們進(jìn)程看見(jiàn)垃圾桶旁邊堆滿了垃圾。因?yàn)橐鐫M垃圾桶不能及時(shí)被清理。城市現(xiàn)在所采用的清潔模式耗費(fèi)大量的人力以及物力，但同時(shí)又尚未能解決以上問(wèn)題，需要引入新的模式解決垃圾回收問(wèn)題。

1? 系統(tǒng)的功能分析

自動(dòng)開(kāi)關(guān)蓋：當(dāng)人在經(jīng)紅外感應(yīng)模塊檢在擬定距離內(nèi)紅外感應(yīng)模塊會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生有效信號(hào)，傳遞給主控模塊傳給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制電動(dòng)推桿使開(kāi)蓋，開(kāi)蓋后擬定距離內(nèi)無(wú)人電動(dòng)推桿使垃圾桶蓋閉合。溢滿時(shí)，不打開(kāi)。

語(yǔ)音播報(bào)：開(kāi)蓋同時(shí)播放語(yǔ)音，處于溢滿播放語(yǔ)音。

顯示提示和廣告：沒(méi)人靠近顯示器上顯示廣告，當(dāng)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(cè)溢滿：超聲波測(cè)距系統(tǒng)檢測(cè)垃圾桶桶內(nèi)垃圾的高度，若其到達(dá)已經(jīng)預(yù)設(shè)的高度將信息傳遞給主控模塊，同時(shí)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)，播報(bào)顯示溢滿。

上傳滿溢：經(jīng)過(guò)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的檢測(cè)傳遞給主控塊，再通過(guò)GPS模塊上傳給監(jiān)控端。

流程圖如圖1所示。

2? 系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)分析

為了達(dá)到驅(qū)動(dòng)控制機(jī)械裝置的要求，電路需要滿足以下技術(shù)指標(biāo)：（1）保證投垃圾者接近垃圾桶時(shí)蓋子能夠準(zhǔn)時(shí)打開(kāi)，不受路過(guò)人員影響，設(shè)定紅外感應(yīng)模塊有效范圍為0.5m;（2）連續(xù)感應(yīng)時(shí)間達(dá)3s后開(kāi)蓋延遲10s后關(guān)蓋;（3）桶內(nèi)垃圾距離桶內(nèi)超聲波測(cè)距模塊的臨界距離為5cm。該智能垃圾桶內(nèi)部電路采用STM32單片機(jī)構(gòu)成主控電路，通過(guò)程序控制各部分運(yùn)作。整體電路由單片機(jī)系統(tǒng)，AD模塊，紅外感應(yīng)模塊，超聲波測(cè)距模塊，語(yǔ)音模塊（功放電路），電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，電動(dòng)推桿，LCD顯示模塊，WIFI模塊組成。當(dāng)投垃圾者進(jìn)入感應(yīng)區(qū)且延時(shí)3s后，紅外模塊會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生有效模擬信號(hào)送給AD采集模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字量給單片機(jī)STM32，然后單片機(jī)產(chǎn)生脈沖控制信號(hào)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，最后電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制電動(dòng)推桿，同時(shí)語(yǔ)音模塊經(jīng)由功放和喇叭播報(bào)提示音，延時(shí)等待10s后電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)蓋子合上。當(dāng)超聲波測(cè)距模塊檢測(cè)到垃圾高度設(shè)定值時(shí)，超聲波測(cè)距模塊產(chǎn)生信號(hào)經(jīng)變送放大交給AD轉(zhuǎn)換，在傳給STM32進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警，同時(shí)通過(guò)GPS模塊發(fā)送給監(jiān)控端。

（1）STM32單片機(jī) 采用是STM32f103單片機(jī)

（2）AD模塊采用11通道的TLC2543提高數(shù)據(jù)采集的精度。

（3）紅外感應(yīng)模塊采用GP2Y0A21YK0F基于三角測(cè)量原理。紅外發(fā)射器發(fā)射紅外光束，當(dāng)遇到物體以后，光束會(huì)反射回來(lái)，反射回來(lái)的紅外線被CCD檢測(cè)器檢測(cè)到以后，獲得一個(gè)偏移值L，利用三角關(guān)系，在知道了發(fā)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(guò)幾何關(guān)系計(jì)算。

（4）語(yǔ)音模塊語(yǔ)音芯片WT588D-20SS，功放芯片TC8002D。

（5）超聲波測(cè)距模塊選用HC-SR04，采用IO口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給至少10μs的高電平信號(hào)。模塊自動(dòng)檢測(cè)信號(hào)返回，通過(guò)IO口ECHO輸出一個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間是超聲波從發(fā)射到返回時(shí)間。測(cè)試距離=（高電平時(shí)間*聲速（340m/s））/2。

（6）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電動(dòng)推桿是理一訊LX600的直流電動(dòng)直線伸縮桿，電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)直接相聯(lián)IO口提供信號(hào)，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)達(dá)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(diào)試結(jié)果

按照上述組裝智能垃圾桶，并進(jìn)行驗(yàn)證通入電源， LCD屏幕顯示廣告，人在紅外感應(yīng)范圍內(nèi)，3s后垃圾桶自動(dòng)開(kāi)蓋，并播報(bào)投放垃圾的提示語(yǔ)音，LCD顯示屏內(nèi)容變化為謝謝投放。開(kāi)蓋10s，人走后垃圾桶蓋子自動(dòng)關(guān)上，LCD顯示屏內(nèi)容切換為廣告。若桶內(nèi)垃圾達(dá)一定高度，顯示內(nèi)容切換為垃圾已滿，蓋子不開(kāi)，監(jiān)控端收到垃圾桶上傳溢滿信息。智能垃圾桶設(shè)計(jì)原理正確?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試測(cè)試驗(yàn)證了智能垃圾桶的各項(xiàng)功能。

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