陳媛媛 陳丹可 王倩倩

【摘 要】該文章主要介紹根據(jù)回收裝置的功能把系統(tǒng)分為不同的功能模塊；再根據(jù)實(shí)際功能設(shè)計(jì)了PCB電路板，依據(jù)每個(gè)子系統(tǒng)的不同功能擴(kuò)展了相應(yīng)的外部功能模塊，最后搭建了基于μC/OS-11的智能回收軟件平臺，完成對FATFS文件操作的移植，并通過無線自組織網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)平臺。硬件和軟件完成后對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測試，最終實(shí)現(xiàn)智能分類回收箱的功能。

【關(guān)鍵詞】智能回收箱；垃圾分類；μC/OS-11

一、概述

伴隨我國經(jīng)濟(jì)的不斷騰飛和社會的快速發(fā)展，日漸增長的生活垃圾和環(huán)境污染逐漸成為社會的突出矛盾，盡管我國政府一直強(qiáng)調(diào)綠色生態(tài)環(huán)境的重要性，但是由于生活垃圾難以形成規(guī)范的管理制度以及市民對環(huán)保意識的欠缺，導(dǎo)致生活中的可回收垃圾回收率很低。從資源浪費(fèi)方面來看，可回收利用的垃圾的丟失是寶貴資源的丟失；從環(huán)境保護(hù)的角度來看，可回收利用垃圾的丟失是造成環(huán)境二次污染的重要原因。本作品主要設(shè)計(jì)一種針對生活中垃圾（如瓶狀垃圾、紙質(zhì)垃圾等等）有償回收的裝置。首先根據(jù)國內(nèi)垃圾回收方式提出了數(shù)字化可回收管理模式；參考國內(nèi)現(xiàn)有的回收裝置精心設(shè)計(jì)智能回收箱的外觀；詳細(xì)的描述智能飲料瓶回收箱的工作過程，然后在硬件上提出了一種基于CAN總線設(shè)計(jì)的思想，并詳細(xì)的描述系統(tǒng)的總體硬件電路設(shè)計(jì)。

二、有償智能分類回收箱系統(tǒng)的構(gòu)成

有償智能分類回收箱主要由八個(gè)部分組成，如圖一所示，主控制系統(tǒng)，傳感識別系統(tǒng)，屏幕顯示系統(tǒng)，太陽能充電系統(tǒng)，機(jī)械手臂系統(tǒng)，獎勵回報(bào)系統(tǒng)，溢滿報(bào)警系統(tǒng)，分揀機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。

三、有償智能分類回收箱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.主控制系統(tǒng)

主控系統(tǒng)采用C/OS-II 操作系統(tǒng)，作用是控制與其他各系統(tǒng)之間的工作。主控系統(tǒng)處理器采用基于 ARM 的 STM32處理器， STM32F103VET6屬于Cortex-M3 內(nèi)核 32 位處理器，它擁有豐富的資源，性能配置非常高。512KB FLASH、2 個(gè)基本定時(shí)器、4 個(gè)通用定時(shí)器、2 個(gè)高級定時(shí)器、3 個(gè) SPI、2 個(gè) IIC 、5 個(gè)串口、1 個(gè) USB、1 個(gè) CAN、3 個(gè) 12 位 ADC、1 個(gè) 12 位 DAC、1 個(gè) SDIO 接口、1 個(gè)FSMC 接口以及 112 個(gè)通用 IO 口。該STM32F103VET6 自帶外部總線（FSMC），F(xiàn)SMC ，可以用來外部擴(kuò)展 SRAM 和連接 LCD 等。

2.傳感器識別系統(tǒng)

采用不同的傳感器（例如紅外傳感器、光敏傳感器等）對投放者投入的物品進(jìn)行識別，以大小，質(zhì)量等因素為根據(jù)對投放者給予相應(yīng)的獎勵。此次設(shè)計(jì)是金屬傳感器和一個(gè)繼電器相連，當(dāng)金屬接近金屬傳感器前方探頭時(shí)， 其內(nèi)部的常開開關(guān)閉合， 使繼電器通電， 其繼電器常開開關(guān)閉合形成回路， 向STM32發(fā)送一個(gè)低電平信號。經(jīng)過STM32處理， STM32端口發(fā)出一個(gè)低電平信號。該端口連接一個(gè)發(fā)光二極管的負(fù)極， 其正極與電源相連構(gòu)成回路。當(dāng)?shù)碗娖叫盘柊l(fā)出后， 發(fā)光二極管被點(diǎn)亮， 指示此物體為金屬。同樣的，在使用兩對紅外對管來確定垃圾是否為塑料瓶罐。工作時(shí)與一個(gè)繼電器相連， 當(dāng)紅外對管的對射被物品遮擋時(shí)， 紅外對管接收端內(nèi)部的常開開關(guān)閉合， 使繼電器通電， 其繼電器常開開關(guān)閉合。當(dāng)STM32接收到低電平信號后， 經(jīng)過STM32處理， STM32端口發(fā)出一個(gè)低電平信號。該端口連接一個(gè)發(fā)光二極管。當(dāng)該端口發(fā)出一個(gè)低電平信號后， 發(fā)光二極管被點(diǎn)亮， 指示此物體為塑料瓶罐。

3.屏幕顯示系統(tǒng)

采用LED液晶顯示屏對系統(tǒng)的不同工作狀態(tài)進(jìn)行顯示。在參與者進(jìn)行投放之前，顯示該系統(tǒng)的操作流程，讓參與者對此系統(tǒng)的使用有一個(gè)了解；在參與者投放之時(shí)，分步顯示操作過程，對參與者起到一個(gè)指引的作用，同時(shí)顯示投放者投放物品的類型以及相應(yīng)獎勵即通過計(jì)算機(jī)控制將垃圾屬性，回報(bào)金額等顯示出來。在該回收箱空閑時(shí)，可以播放公益廣告來起到一個(gè)營造良好社會風(fēng)氣的作用，或者也可以顯示播放相應(yīng)廣告商的宣傳廣告（對社會有積極作用的廣告），以達(dá)到額外的經(jīng)濟(jì)創(chuàng)收。

4.機(jī)械手臂系統(tǒng)

機(jī)械手臂是機(jī)械人技術(shù)領(lǐng)域中得到最廣泛實(shí)際應(yīng)用的自動化機(jī)械裝置，它們能夠接受指令，精確地定位到三維（或二維）空間上的某一點(diǎn)進(jìn)行作業(yè)。該系統(tǒng)利用機(jī)械手臂實(shí)現(xiàn)對投放物的按壓與推送，使符合標(biāo)準(zhǔn)的可回收垃圾進(jìn)入回收箱。

5.獎勵回報(bào)系統(tǒng)

在投放者順利完成垃圾投放之后投放者可通過刷校園一卡通累積積分、隨機(jī)紅包等形式得到相應(yīng)的獎勵。

6.溢滿報(bào)警系統(tǒng)

利用紅外傳感器技術(shù)，即紅外線傳播時(shí)不發(fā)散的原理，紅外線在穿越其他物質(zhì)時(shí)折射率很小所以長距離的測距儀都會參考紅外線，而紅外線的傳播是需要時(shí)間的，通過紅外線從發(fā)出到接收的時(shí)間以及傳播速度計(jì)算距離，從而時(shí)刻監(jiān)控該垃圾箱系統(tǒng)的的垃圾存量，當(dāng)箱子滿了之后，信息立刻傳輸至工作人員電腦，并暫停工作，以便工作人員實(shí)時(shí)處理。

7.分揀機(jī)構(gòu)系統(tǒng)

基于STM32單片機(jī)設(shè)計(jì)的垃圾篩檢系統(tǒng)。它采用RFID智能識別模塊準(zhǔn)確讀取電子標(biāo)簽上的信息進(jìn)而正確地識別貨物的基礎(chǔ)信息。

比如判斷飲料瓶的形狀以及重量，根據(jù)采集系統(tǒng)的判斷，如果符合回收標(biāo)準(zhǔn)則進(jìn)入回收箱，不符合回收標(biāo)準(zhǔn)則被吐出回收箱。

8.太陽能充電系統(tǒng)

太陽能光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體、太陽電池（又稱光伏電池）的光生伏打效應(yīng)，是一種零排放的清潔能源。太陽能光伏發(fā)電是太陽能利用的重要形式，是最具有開發(fā)前景的發(fā)電技術(shù)之一。自主供電系統(tǒng)主要由單晶硅太陽能板、數(shù)顯控制器及硅能蓄電池組成。其中太陽能板選擇PV-M30， 工作電壓為18V， 輸出電流1.67A， 光電轉(zhuǎn)換效率16%， 輸出功率為50W。數(shù)顯控制器選擇GHGN-KZQ-01K， 其作用是智能控制太陽能和蓄電池與負(fù)載的關(guān)系， 保護(hù)電瓶防止過充過放， 進(jìn)行短路保護(hù)等。蓄電池選擇GHGN-12V20AH， 可用壽命最長達(dá)到5年， 電壓為12V， 容量為20Ah， 可以滿足整個(gè)系統(tǒng)的直流電需求。當(dāng)陽光充足時(shí)， 太陽能板通過控制器給蓄電池充電， 同時(shí)蓄電池工作， 為系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)供電。若在夜間或者太陽光較弱的環(huán)境下， 則由蓄電池直接使用白天存儲的電能進(jìn)行供電。

四、結(jié)束語

本文所論述的內(nèi)容主要是從有償智能分類回收箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和智能分類兩方面來討論的，在經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展下必然會引起生活垃圾的多樣化，因此有償智能分類回收箱的設(shè)計(jì)必然能減少環(huán)境的污染，改善城市環(huán)境。

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