杜銘浩 雷迪 蘭文明

摘要：為了使得垃圾桶的使用和維護(hù)更加方便，本項(xiàng)目在現(xiàn)有垃圾桶上進(jìn)行改進(jìn)，提出基于物聯(lián)網(wǎng)的智能垃圾桶系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過硬件終端、服務(wù)器、移動(dòng)客戶端的聯(lián)接，對(duì)分布在管控區(qū)域內(nèi)的垃圾桶進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測與監(jiān)控，以實(shí)現(xiàn)垃圾桶各種參數(shù)顯示功能與報(bào)警系統(tǒng)功能。硬件終端以STM32單片機(jī)為主控附以多種功能傳感器，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與報(bào)警功能，服務(wù)器和客戶端做數(shù)據(jù)傳輸、顯示以及控制閾值的功能。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能垃圾桶系統(tǒng)；硬件終端；服務(wù)器；移動(dòng)客戶端；垃圾桶各種參數(shù)顯示與報(bào)警

1.緒論

垃圾桶作為人類生活的必須品，為人們提供了許多方便，但垃圾的清理問題也有待解決。在大城市等人口密集，人員流動(dòng)大的地方，垃圾的處理頻率也大；在小縣城等人口密度小的地方，垃圾桶溢滿的頻率大大下降，并充滿不確定性。頻繁的人工查看浪費(fèi)了大量人力及財(cái)力。為了解決這個(gè)問題，本項(xiàng)目研究出一種生產(chǎn)成本低，使用和維護(hù)方便的帶有稱重和報(bào)警功能的智能垃圾箱。在現(xiàn)有型號(hào)的垃圾箱的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，以便于各部分傳感器的設(shè)置與安裝。通過各傳感器的使用和單片機(jī)程序設(shè)計(jì)以及電路調(diào)試和通信元件的選用，采集并發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)，再利用計(jì)算機(jī)接收處理再反饋給移動(dòng)端。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1功能分析

對(duì)智能垃圾桶進(jìn)行系統(tǒng)分析，應(yīng)包含以下功能：實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)查看、閾值設(shè)置。

2.2系統(tǒng)詳細(xì)介紹

從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、報(bào)警系統(tǒng)、歷史數(shù)據(jù)、設(shè)置閾值四個(gè)方面系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

2.2.1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集

設(shè)備實(shí)時(shí)采集桶內(nèi)溫濕度、桶內(nèi)物品重量、桶內(nèi)垃圾高度、垃圾桶經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，并通過GPRS將數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器。工作人員可在安卓手機(jī)端應(yīng)用軟件中查看到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

（1）溫濕度測量：采用一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器DHT11。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號(hào)的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，使其成為該類應(yīng)用中，在苛刻應(yīng)用場合的最佳選擇。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝，連接方便。

（2）重量測量：采用專為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片HX711，與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

（3）高度測量：超聲波傳感器HC-SR04來測量桶內(nèi)物品堆積高度。

（4）經(jīng)緯度測量：采用GPS定位用于確定報(bào)警垃圾桶的具體位置。

2.2.2報(bào)警系統(tǒng)

報(bào)警系統(tǒng)包括溫度報(bào)警、按鍵報(bào)警、桶滿報(bào)警。

（1）異常情況：

（2）載滿檢測：超聲波測距模塊和稱重模塊配合 當(dāng)檢測到垃圾桶載滿時(shí)發(fā)出報(bào)警，系統(tǒng)會(huì)提示保潔員及時(shí)清掃垃圾桶。

（3）溫度報(bào)警：當(dāng)周圍溫度過高時(shí)發(fā)出警報(bào)，便于工作人員及時(shí)掌握火情。

（4）按鍵報(bào)警：垃圾桶側(cè)邊有按鍵，可一鍵報(bào)警，報(bào)警時(shí)側(cè)邊LED燈閃爍，系統(tǒng)會(huì)通知工作人員及時(shí)去查看，再次按下按鍵之后報(bào)警取消，恢復(fù)正常。

（5）滅火裝置：垃圾桶上方有水槽 電磁閥作為開關(guān) 當(dāng)溫度過高時(shí)電磁閥打開 水槽的水流入垃圾箱

2.2.3歷史數(shù)據(jù)

服務(wù)器將終端每次上傳上來的數(shù)據(jù)都保存進(jìn)數(shù)據(jù)庫，方便用戶可在手機(jī)安卓端查看歷史數(shù)據(jù)。

2.2.4閾值設(shè)置

閾值設(shè)置包括報(bào)警閾值和桶滿報(bào)警閾值設(shè)置。用戶可在手機(jī)安卓端設(shè)置溫度報(bào)警閾值、桶滿報(bào)警閾值。

3.系統(tǒng)構(gòu)成

3.1系統(tǒng)整體框架

系統(tǒng)整體包括硬件終端、服務(wù)器、安卓客戶端。

3.2手機(jī)安卓端

（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示：能顯示垃圾桶編號(hào)、桶是否載滿、桶內(nèi)溫濕度、桶的位置信息和異常

情況有提示

（2）設(shè)置垃圾桶名稱：用戶可在手機(jī)安卓端設(shè)置

（3）設(shè)置報(bào)警閾值：用戶可在手機(jī)安卓端設(shè)置溫度報(bào)警閾值、桶滿報(bào)警閾值

（4）查看近期歷史數(shù)據(jù)：用戶可在手機(jī)安卓端查看歷史數(shù)據(jù)

3.3終端硬件

終端硬件以STM32F103RBT6為主控，還包括含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器DHT11，專為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換器HX711模塊，超聲波傳感器HC-SR04，GPS和GPRS模塊。

3.4服務(wù)器端

服務(wù)器作為終端硬件和手機(jī)安卓端通信的中間環(huán)節(jié)，負(fù)責(zé)信息的傳送。

（1）傳送終端硬件采集信息給安卓手機(jī)端：服務(wù)器接收硬件終端通過GPRS模塊發(fā)送的所有數(shù)據(jù)，包括桶內(nèi)溫濕度、桶內(nèi)物品重量、桶內(nèi)垃圾高度、垃圾桶經(jīng)緯度數(shù)據(jù)等。安卓手機(jī)可通過4G網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器獲取硬件終端提供的上述數(shù)據(jù)信息。

（2）傳送安卓手機(jī)端指令給硬件終端：安卓手機(jī)可通過4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制指令給服務(wù)器，包括設(shè)置溫度報(bào)警閾值、桶滿報(bào)警閾值、設(shè)置垃圾桶名稱等指令。服務(wù)器收到安卓手機(jī)端與4G網(wǎng)絡(luò)形式發(fā)送來的上述控制指令，并將指令發(fā)送給終端硬件。

（3）數(shù)據(jù)解析：用于收到硬件終端和用戶終端上傳的數(shù)據(jù)后，解析所述數(shù)據(jù)并分段保存到數(shù)據(jù)庫對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表中。以便對(duì)數(shù)據(jù)調(diào)用與查看等。

（4）數(shù)據(jù)庫：用于保存各種數(shù)據(jù)表。WEB服務(wù)器模塊，WEB服務(wù)器采用的是Apache，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)用戶可以通過網(wǎng)頁來與服務(wù)器通訊，例如查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和設(shè)置閾值等。

4.結(jié)語

智能垃圾桶適應(yīng)于各類人員集中場所，對(duì)于景區(qū)、鄉(xiāng)村偏遠(yuǎn)地方效果更為顯著，可供政府環(huán)保部門借鑒。對(duì)于當(dāng)今社會(huì)，智能化垃圾桶符合國家要求，能有效減少垃圾轉(zhuǎn)載量，使得資源充分利用。

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（作者單位：武漢理工大學(xué)）