干濕垃圾自動(dòng)分類裝置

◇寶雞文理學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 張起瑞 李森 劉貝貝 李海亮 董念

本文設(shè)計(jì)研發(fā)一種精確高效的干濕垃圾自動(dòng)分類裝置，其可實(shí)現(xiàn)對(duì)干濕垃圾的智能化、自動(dòng)化分揀作業(yè)，提高對(duì)干濕垃圾的資源利用率。本設(shè)計(jì)通過(guò)傳感器檢測(cè)進(jìn)行自動(dòng)分類、檢測(cè)溢滿、滅菌功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的智能垃圾桶。

1 引言

2017年3月18日，國(guó)務(wù)院辦公廳《關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)國(guó)家發(fā)展改革委、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部生活垃圾分類制度實(shí)施方案的通知》，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和物質(zhì)消費(fèi)水平大幅提高，我國(guó)生活垃圾產(chǎn)生量迅速增長(zhǎng)，環(huán)境隱患日益突出，已經(jīng)成為新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的制約因素。遵循減量化、資源化、無(wú)害化的原則，實(shí)施生活垃圾分類，可以有效改善城鄉(xiāng)環(huán)境，促進(jìn)資源回收利用，加快“兩型社會(huì)”建設(shè)，提高新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量和生態(tài)文明建設(shè)水平。

目前的垃圾60%以上都是濕垃圾，也叫有機(jī)質(zhì)垃圾或者易碎易腐垃圾。如果不將濕垃圾單獨(dú)分出來(lái)，混在其它垃圾中，既會(huì)降低肥料品質(zhì)，還會(huì)污染到可回收物。另外一方面，干垃圾的最終處理方法是焚燒，一旦混入濕垃圾就會(huì)導(dǎo)致燃點(diǎn)不夠高，最終燃燒不充分，產(chǎn)生有毒氣體，降低焚燒效率。由此可見(jiàn)，為了便利垃圾回收，提高效率，干濕垃圾分開(kāi)定是必然。

2 設(shè)計(jì)思路

智能干濕垃圾分類主要以單片機(jī)為主，根據(jù)垃圾桶所需要的功能，需對(duì)傳感器進(jìn)行程序設(shè)置，通過(guò)紅外傳感器進(jìn)行掃描桶蓋上方，檢測(cè)是否有物體靠近，若有，則將紅外傳感器信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行處理，啟動(dòng)電機(jī)模塊打開(kāi)桶蓋，物品進(jìn)入托盤(pán)，此時(shí)壓力傳感器開(kāi)始運(yùn)行，此前通過(guò)程序設(shè)置壓力傳感器的初始值（包含托盤(pán)的重量），當(dāng)重量等于初始值，壓力傳感器發(fā)出信號(hào)給單片機(jī)，進(jìn)而控制電機(jī)模塊關(guān)閉桶蓋，當(dāng)重量大于初始值，啟動(dòng)溫濕度傳感器，傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)連接，檢測(cè)物品溫濕度是否超過(guò)程序設(shè)定臨界值，當(dāng)大于臨界值時(shí)，溫濕度傳感器將信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)控制電機(jī)將物品倒向濕垃圾桶，反之倒向干垃圾桶。在每個(gè)垃圾桶底部布置壓力傳感器，若檢測(cè)到壓力時(shí)，信號(hào)將傳送給單片機(jī)控制電機(jī)模塊關(guān)閉桶蓋，每個(gè)功能需要各個(gè)部件的協(xié)調(diào)合作，通過(guò)程序設(shè)置、初始化各引腳、讀取子程序、進(jìn)行測(cè)量以及進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化等操作完成干濕垃圾分類。

溢滿功能：在檢測(cè)溢滿時(shí)，通過(guò)安裝在垃圾桶內(nèi)底部的壓力傳感器，膜片受壓力變形時(shí)，中心處徑向應(yīng)變和切向應(yīng)變均達(dá)到正的最大值，而邊緣處徑向應(yīng)變達(dá)到負(fù)的最大值，切向應(yīng)變?yōu)榱??？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)DO_RES電阻，從而調(diào)節(jié)DO引腳輸出的閥值。當(dāng)壓力大于調(diào)節(jié)的閥值時(shí)候，DO引腳輸出高電平，DO_LED點(diǎn)亮。當(dāng)壓力小于設(shè)定的閥值時(shí)候，DO引腳輸出低電平，DO_LED熄滅。將壓力變換轉(zhuǎn)化為電阻變化，單片機(jī)可以準(zhǔn)確讀取，測(cè)量出桶內(nèi)垃圾的重量，同時(shí)將桶內(nèi)相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)通信模塊傳輸至移動(dòng)設(shè)備，進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)。

消毒功能：消毒控制開(kāi)關(guān)為觸碰開(kāi)關(guān)或光感式開(kāi)關(guān)來(lái)返回信號(hào)。當(dāng)桶蓋關(guān)閉后，控制模塊的計(jì)時(shí)單元啟動(dòng)計(jì)時(shí)，并到設(shè)定時(shí)間時(shí)，紫外線消毒燈啟動(dòng)，并在一定時(shí)間后自動(dòng)熄滅。桶蓋座上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)所述桶蓋開(kāi)閉的電機(jī)、紫外線消毒燈和控制模塊以及電池組；電機(jī)、紫外線消毒燈和控制模塊以及控制開(kāi)關(guān)均與電池組連接。

圖1 垃圾桶三維結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3 程序設(shè)計(jì)

干濕垃圾自動(dòng)分類裝置控制部分選用STC89C51單片機(jī)，所選用的傳感器為5V和12V，根據(jù)垃圾桶所需要實(shí)現(xiàn)主要功能，需要對(duì)傳感器進(jìn)行數(shù)值的限制，以此來(lái)判斷垃圾的類型。在初始化各引腳之后，讀取子程序，進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，通過(guò)設(shè)計(jì)的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)所需要的功能。

（1）濕度傳感器主程序以及測(cè)量程序如下：

（2）壓力傳感器測(cè)量程序如下：

4 硬件介紹

4.1 濕度傳感器

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)連接。引腳說(shuō)明說(shuō)明如下：①VDD：供電3.5V-5.5V DC；②DATA：串行數(shù)據(jù)，單總線；③GND：接地，電源負(fù)極。產(chǎn)品主要參數(shù)：①濕度測(cè)量范圍：20%-95%RH；②測(cè)量誤差：±5%RH。

4.2 壓力傳感器

DYX-306壓力傳感器具有多種特點(diǎn)，即量程范圍廣，適用于不同大小的分類垃圾桶。精度高，穩(wěn)定可靠，能夠精確測(cè)量數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高并且安裝使用方便。一般采用鋁合金材質(zhì)，抗腐蝕、抗機(jī)械疲勞能力較強(qiáng)，對(duì)于濕垃圾桶，不易生銹。并具有抗干擾性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。產(chǎn)品主要參數(shù)如下：①供電電壓：10V-15V；②測(cè)量重量范圍：0.3-3kg；③靈敏度系數(shù)：2.0±0.05%。

4.3 直流減速電機(jī)

直流減速電機(jī)是在普通直流電機(jī)的基礎(chǔ)上，加上配套齒輪減速箱，齒輪減速箱的作用是提供較低的轉(zhuǎn)速、較大的力矩。同時(shí)，齒輪箱不同的減速比可以提供不同的轉(zhuǎn)速和力矩。YS-37GB520直流減速電機(jī)可進(jìn)行低速正反轉(zhuǎn)，可以滿足干濕垃圾分類的功能，并且具有扭矩大，耐磨性好，耐溫性好等優(yōu)點(diǎn)。產(chǎn)品主要參數(shù)如下：①供電電壓：12V；②功率：12W。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)該設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)干濕垃圾的自動(dòng)分類，減少人工分類的繁瑣，同時(shí)保護(hù)了環(huán)境以及資源再利用，防止二次污染，通過(guò)垃圾分類把廢棄物中有回收利用價(jià)值分離出來(lái)循環(huán)利用，就可以減少垃圾處理量。垃圾分類是一項(xiàng)需要全民參與的系統(tǒng)工程，垃圾分類把大家緊緊聯(lián)系在一起。每一個(gè)人、每一個(gè)家庭都實(shí)行垃圾分類，就能共同締造美好生活環(huán)境。這不僅是城市治理能力的體現(xiàn)，也是文明素養(yǎng)提升、文明習(xí)慣養(yǎng)成、“綠色意識(shí)”增強(qiáng)的重要體現(xiàn)。