吳曉云,徐 佳

(商洛學(xué)院 電子信息與電氣工程學(xué)院,陜西 商洛 726000)

本文設(shè)計(jì)了一款環(huán)保實(shí)用的太陽能智能垃圾桶。該垃圾桶安裝太陽能電池板,利用紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動開關(guān)蓋。與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合,垃圾裝滿時該垃圾桶具有自動報警功能。本文設(shè)計(jì)的智能垃圾桶不僅環(huán)保,還實(shí)現(xiàn)了對特定區(qū)域垃圾桶的實(shí)時監(jiān)控。這為公眾的健康提供了保障,也減輕了管理人員及環(huán)衛(wèi)工人的工作負(fù)擔(dān),具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。

1 設(shè)計(jì)方案

本文設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能垃圾桶系統(tǒng)主要由太陽能充電模塊、紅外檢測模塊、高度檢測模塊、語音模塊、顯示模塊等組成[3]。系統(tǒng)的整體框圖如圖1所示。

以單片機(jī)微處理器為控制芯片,聯(lián)合紅外線傳感器和機(jī)械電子驅(qū)動系統(tǒng),使垃圾桶蓋自動開關(guān)[4]。通過高度檢測模塊檢測垃圾桶是否裝滿,若超過預(yù)設(shè)值則驅(qū)動報警模塊工作。同時,通過信息處理模塊對垃圾桶狀態(tài)信息進(jìn)行計(jì)算,再通過無線發(fā)送模塊將信息發(fā)送到控制中心,顯示模塊顯示垃圾桶狀態(tài)信息,最后工作人員根據(jù)傳送的信息進(jìn)行相應(yīng)處理[5]。當(dāng)垃圾桶供電不足時,太陽能電池板可自動充電,滿足垃圾桶的用電需求。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 紅外檢測模塊

紅外檢測模塊采用紅外線傳感技術(shù)。調(diào)整好感應(yīng)距離,當(dāng)人在垃圾桶感應(yīng)距離范圍內(nèi)時,紅外線發(fā)光二極管就會發(fā)射光脈沖,接收電路則利用光敏元件接收光脈沖,將光脈沖轉(zhuǎn)化為電信號并對其放大,控制電路接收到電信號后控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn),從而實(shí)現(xiàn)垃圾桶蓋的自動開關(guān)[6]。紅外發(fā)射仿真電路如圖2所示。由定時器LM555CM與電阻、電容組成單穩(wěn)態(tài)電路,X1為指示燈,發(fā)光二極管LED1代替實(shí)際電路中的紅外發(fā)射管。調(diào)整可調(diào)電阻R1,當(dāng)R1為50 kΩ、電容C2為0.3 nF時,定時器LM555CM輸出端方波的頻率約38 kHz(見圖3),與紅外線發(fā)射頻率基本相符。紅外發(fā)射電路的仿真波形如圖4所示。

圖1 系統(tǒng)整體框圖Fig.1 Overall block diagram of the system

圖2 紅外發(fā)射仿真電路Fig.2 Simulation circuit of infrared emission

圖3 輸出方波頻率Fig.3 Frequency of output wave

圖4 紅外發(fā)射電路輸出波形Fig.4 Output wave of infrared emission circuit

2.2 高度檢測模塊

垃圾箱高度檢測仿真電路如圖5所示。4069BCP_5V與電阻R2、二極管D1組成傳輸延時電路。開關(guān)S1切換到低電平表示垃圾桶內(nèi)垃圾遮擋了紅外線信號,此時U1A輸出高電平。通過R2對電容C1進(jìn)行充電,使U2B輸出低電平,則三極管2N2904導(dǎo)通,控制繼電器EMR131B03工作,從而啟動報警電路。二極管LED1發(fā)光來提示垃圾箱已滿,并將此信息上傳給監(jiān)控中心,提醒環(huán)衛(wèi)工人清除垃圾[7]。開關(guān)S1切換到高電平表示垃圾沒有遮擋紅外線信號,此時U1A輸出低電平。電容C1經(jīng)過R2、R3放電,使U2B輸出高電平,則三極管2N2904截止,繼電器的工作觸頭切換到電機(jī)的執(zhí)行電路,垃圾桶正常工作[8]。

3 軟件設(shè)計(jì)

通過無線網(wǎng)絡(luò)將不同公共場合的智能垃圾桶連接起來,是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)監(jiān)控的通信基礎(chǔ)[9]。微處理器對傳感器采集到的數(shù)據(jù)處理后,通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心,監(jiān)控中心根據(jù)接收到的信息做出相應(yīng)處理[10]。結(jié)合C/S系統(tǒng)架構(gòu)知識實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)算法,根據(jù)超聲波測定的距離值調(diào)用電機(jī)正轉(zhuǎn)函數(shù)或者反轉(zhuǎn)函數(shù)。若距離大于10 cm,則調(diào)用電機(jī)正轉(zhuǎn)函數(shù),反之則調(diào)用電機(jī)反轉(zhuǎn)函數(shù)[11]。系統(tǒng)算法流程如圖6所示。

4 結(jié)語

本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的公共智能垃圾桶的設(shè)計(jì)方案,該垃圾桶具有自動翻蓋、箱滿檢測、語音播報等功能,不僅環(huán)保,還可以實(shí)時監(jiān)控特定區(qū)域的垃圾桶狀態(tài),減輕管理人員及環(huán)衛(wèi)工人的工作負(fù)擔(dān)。智能垃圾桶系統(tǒng)成本低、實(shí)用性強(qiáng)且功能完善,具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

圖5 垃圾箱高度檢測電路Fig.5 Detection circuit of height of garbage bin

圖6 系統(tǒng)算法流程Fig.6 Flow chart of system algorithm