崔明珠++董玉華++陳冰

摘要：本文介紹了智能垃圾桶的一種設(shè)計(jì)方法。該方法基于51系列單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)當(dāng)人的手或物體接近投物口時(shí)，垃圾桶的屏幕上顯示垃圾的分類信息。而當(dāng)垃圾桶滿時(shí)，會向管理控制中心發(fā)送消息，便于及時(shí)清理垃圾。這種新型智能垃圾桶環(huán)保、節(jié)能，是人類進(jìn)入小康社會取代傳統(tǒng)垃圾桶的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)； 智能垃圾桶； 紅外傳感器； 壓力傳感器

中圖分類號： TP311

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號： 2095-2163（2016）06-0124-03

0引言

隨著社會的發(fā)展和人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，關(guān)于垃圾的投放處理等問題也日漸吸引了大眾的關(guān)注視線。尤其在旅游景點(diǎn)中，針對垃圾桶的技術(shù)功能效果設(shè)計(jì)即已成為時(shí)下學(xué)界的重點(diǎn)民生研究課題。

基于此，本文設(shè)計(jì)了一款智能垃圾桶[1]。當(dāng)人靠近垃圾桶時(shí)，垃圾桶的屏幕上會顯示垃圾的分類情況，當(dāng)垃圾桶內(nèi)廢棄物達(dá)到規(guī)定值時(shí)，會向景區(qū)管理中心發(fā)送報(bào)警信息，提示管理人員及時(shí)進(jìn)行垃圾清理[2]。該款設(shè)計(jì)一方面節(jié)省了景區(qū)的人力物力；另一方面，則為普通大眾創(chuàng)造了一個(gè)干凈、整潔的景區(qū)環(huán)境，進(jìn)而有助于提升景區(qū)聲譽(yù)，獲得良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。

[BT4]1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的智能垃圾桶設(shè)計(jì)的原理框圖如圖1所示。研究系統(tǒng)由單片機(jī)主控模塊、電源模塊、顯示模塊、超聲波模塊、壓力傳感器模塊、紅外模塊、GSM模塊等構(gòu)成[3]。為節(jié)約能耗，采用太陽能供電。當(dāng)紅外傳感器探測到有人或物體靠近時(shí)，發(fā)送信號給單片機(jī)，垃圾桶指示燈亮起，液晶顯示屏可用于提供垃圾分類信息、桶內(nèi)垃圾是否裝滿等基本信息，用LED燈的不同變化來表征該智能垃圾桶目前正處于怎樣的狀態(tài)。

由圖1可知，當(dāng)桶內(nèi)垃圾高度達(dá)到定量時(shí)，系統(tǒng)即向GSM模塊發(fā)送指令，傳送消息給管理人員，使管理人員能夠明確獲知哪個(gè)垃圾桶需要清理。垃圾桶內(nèi)垃圾信息的判斷主要可通過2個(gè)指標(biāo)來評定與衡量：高度與重量。當(dāng)所裝廢棄物的高度達(dá)到規(guī)定值時(shí)，就要判斷廢棄物的重量，如果此時(shí)重量也達(dá)到規(guī)定值，說明垃圾桶已滿。雙重指標(biāo)的運(yùn)用可以避免所裝物體體積龐大、且具有彈性的狀況，從而有效降低了資源的損耗。具體地，高度的判斷是通過超聲波測距的方法來計(jì)算實(shí)現(xiàn)[4]，重量的判斷將通過壓力傳感器來設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[5]。紅外模塊主要是判斷是否有人靠近，而通過GSM模塊則是向中央控制中心發(fā)送報(bào)警信息。

[BT4]2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心，STC89C52采用Flash存儲器技術(shù)，制造成本低，并且軟、硬件可與MCS-52完全兼容。該單片機(jī)不僅成本經(jīng)濟(jì)，而且系統(tǒng)體積小巧，可靠性高，因而適合諸多嵌入式控制領(lǐng)域的研究應(yīng)用。系統(tǒng)的整體原理可如圖2所示。

[BT5]2.1顯示模塊

本次設(shè)計(jì)采用LCD12864顯示模塊，12864漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8 192個(gè)中文漢字（16X16點(diǎn)陣）、128個(gè)字符（8X16點(diǎn)陣）及64X256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM）。與單片機(jī)可以采用并行接口，也可以采用串行接口。本次設(shè)計(jì)中采用了8位并行接口，利用單片機(jī)的P0口得到實(shí)現(xiàn)。[FL）]

2.2紅外傳感器模塊

本次設(shè)計(jì)所使用的HC-SR501是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制模塊，采用LHI778探頭設(shè)計(jì)，靈敏度高，可靠性強(qiáng)，超低電壓工作模式，廣泛應(yīng)用于各類自動(dòng)感應(yīng)電器設(shè)備。當(dāng)有人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸入高電平，人離開感應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平。5 V供電，當(dāng)人靠近時(shí)，傳感器內(nèi)的感應(yīng)模塊探測到人的活動(dòng)后控制LED燈的亮滅，可方便管理人員真實(shí)了解人群動(dòng)向[6]。

[BT5]2.3超聲波測距模塊

本次設(shè)計(jì)使用US-100超聲波測距模塊實(shí)現(xiàn)測距處理。US-100 超聲波測距模塊可實(shí)現(xiàn) 2 cm～4.5 m的非接觸測距功能，擁有 2.4～5.5 V 的寬電壓輸入范圍，靜態(tài)功耗低于2 mA，自帶溫度傳感器對測距結(jié)果進(jìn)行校正，同時(shí)具有GPIO、串口等多種通信方式，并內(nèi)置看門狗，工作穩(wěn)定可靠。

[BT5]2.4壓力傳感器模塊

模塊中涉及的所用壓力傳感器采用集成電路HX711，是一款專為高精度稱重傳感器而設(shè)計(jì)的24位A/D 轉(zhuǎn)換器芯片，具有兩路模擬通道輸入，內(nèi)部集成128倍增益可編程放大器。輸入電路可配置為提供橋壓的電橋式（如壓力、稱重）傳感器模式，可精準(zhǔn)測定垃圾總重量。

[BT4]3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)可分為主程序和各模塊子程序，主程序的重要功能是完成對各模塊的初始化，各模塊子程序的實(shí)現(xiàn)功能可做如下解析。

[BT5]3.1超聲波測距程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用串口通信方式，在此模式下只需要在Trig/TX管腳輸入0X55（波特率9 600），系統(tǒng)便可發(fā)出8個(gè)40 KHz的超聲波脈沖，然后檢測回波信號。當(dāng)檢測到回波信號后，模塊即需啟動(dòng)溫度值的測量，此后則根據(jù)當(dāng)前溫度對測距結(jié)果進(jìn)行校正，而校正后的結(jié)果將通過 Echo/RX管腳控制輸出。輸出的距離值共占2個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)是距離的高8位（HData），第二個(gè)字節(jié)為距離的低8位（LData），單位為mm。即距離值為（HData*256 +LData）mm。

[BT5]3.2壓力傳感器程序設(shè)計(jì)

在本次研發(fā)中，設(shè)計(jì)了使能AD的關(guān)鍵作用。當(dāng)PD_SCK 置低，表示AD轉(zhuǎn)換未結(jié)束則等待，否則開始讀取，PD_SCK 置高（發(fā)送脈沖），下降沿來時(shí)變量Count左移一位，右側(cè)補(bǔ)零，PD_SCK 置低，第25個(gè)脈沖下降沿來時(shí)，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。經(jīng)計(jì)算可知傳感器供電電壓約為4.3 V，經(jīng)過傳感器輸出后，128倍增益再轉(zhuǎn)換24 bit數(shù)字信號，即可得出利用AD值反向轉(zhuǎn)換重力值的計(jì)算公式如下：

Weight_Shiwu=（unsigned long）（（float） Weight_Shiwu/429.5）[JY]（1）

3.3顯示模塊程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中，PSB腳為12864的串、并通訊功能切換，使用8位并行接口，PSB=1。初始化后啟動(dòng)等待，直至LCD進(jìn)入工作狀態(tài)，寫數(shù)據(jù)時(shí)RS置“1”，RW置“0”，數(shù)據(jù)寫入后，置位使能信號，讀數(shù)據(jù)時(shí)也與這一過程同理類似。

4結(jié)束語

本文研發(fā)設(shè)計(jì)了一種環(huán)保型智能垃圾桶，可以實(shí)現(xiàn)人至燈亮、測距、測重等強(qiáng)大功能，而且通過LCD顯示還能明確提供垃圾分類、垃圾總重量等重要信息。在后續(xù)設(shè)計(jì)中擬將進(jìn)一步加入太陽能供電[7]、報(bào)警及語音電路等其他功能，可以預(yù)期該款產(chǎn)品的應(yīng)用前景十分廣泛，且必將具有實(shí)際可觀的技術(shù)應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]周慧珺，許錦標(biāo). 新型智能垃圾桶的設(shè)計(jì)方案[J]. 廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2006，23（3）：85-88，94.

[2] 范立南，白志強(qiáng). 基于單片機(jī)的智能垃圾桶系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 儀器儀表用戶， 2008（6）：16-17.

[3] 董玉華，孫炎輝，馬彪. 基于嵌入式的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 數(shù)字通信，2013，40（3）：91-94.

[4] 郭勁松，曹江濤，李欣，等. 基于多傳感器信息融合的避障循跡機(jī)器人設(shè)計(jì)[J]. 智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用， 2011，1（2）：69-72.

[5] 彭軍. 傳感器與檢測技術(shù)[M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003.

[6] 王迪，李世明. 智能家庭安防預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用，2016，6（2）：62-63，66.

[7] 戴禮驍，蔣陳苗，薛兵兵，等. 太陽能智能垃圾桶的設(shè)計(jì)[J]. 電子技術(shù)，2013（12）：33-34.[ZK）]