謝重陽(yáng) 郭宏宇 廖宏林 吳成 徐何聰

摘? 要：垃圾桶是城市民眾日常生活過程中需要運(yùn)用的重要設(shè)施之一，做好針對(duì)智能化垃圾桶應(yīng)用產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作，對(duì)于確保城市生活垃圾獲取到全面有效優(yōu)質(zhì)處理，以及城市環(huán)境長(zhǎng)期維持優(yōu)質(zhì)良好狀態(tài)，改善優(yōu)化城市民眾的基礎(chǔ)生活質(zhì)量，發(fā)揮著不容忽視的實(shí)際影響作用。本文將會(huì)圍繞基于STM32開發(fā)板的背負(fù)式可移動(dòng)垃圾桶，展開簡(jiǎn)要的闡釋分析。

關(guān)鍵詞：STM32開發(fā)板? 背負(fù)式可移動(dòng)垃圾桶? 研究分析? 掛鉤

中圖分類號(hào)：TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）08（c）-0059-03

Abstract： Garbage can is one of the important facilities that urban people need to use in their daily life. The design of intelligent garbage can application products plays an important role in ensuring the comprehensive and effective treatment of municipal solid waste， maintaining high-quality urban environment for a long time， and improving and optimizing the basic living quality of urban people. This paper will focus on the STM32 development board based on the backpack removable garbage can， to carry out a brief analysis of the interpretation.

Key Words： STM32 development board; Backpack removable trash can; Research and analysis; Hook

1? 開展可移動(dòng)垃圾桶設(shè)計(jì)開發(fā)工作的基本背景

1.1 技術(shù)領(lǐng)域

針對(duì)背負(fù)式可移動(dòng)垃圾桶開展的實(shí)用新型設(shè)計(jì)工作，具體涉及垃圾桶技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，是一種具備智能性特點(diǎn)的分類垃圾桶產(chǎn)品。

1.2 背景技術(shù)

在現(xiàn)有的垃圾桶產(chǎn)品生產(chǎn)制造技術(shù)發(fā)展背景之下，我國(guó)絕大部分地區(qū)目前配備使用的垃圾桶均未充分關(guān)注和考慮垃圾分類要求，目前配備的大多為開放式垃圾桶，垃圾桶放置位置的周圍環(huán)境較為惡劣，環(huán)衛(wèi)工人日常勞動(dòng)工作量長(zhǎng)期處在較大規(guī)模、作業(yè)過程內(nèi)容覆蓋范圍廣（需要面對(duì)的垃圾種類繁多）、工作環(huán)境整體質(zhì)量表現(xiàn)惡劣（實(shí)際需要處理的部分垃圾物資具備生物毒性）。

現(xiàn)階段，受復(fù)雜多樣的主客觀因素影響制約，我國(guó)普通公民群體實(shí)際秉持的垃圾分類思想意識(shí)依然處在相對(duì)薄弱狀態(tài)，且由于目前正在運(yùn)用的垃圾分類方法較為復(fù)雜，客觀上引致我國(guó)城鄉(xiāng)普通公民無(wú)法科學(xué)且準(zhǔn)確地參與開展基本性的垃圾分類操作，不能在面對(duì)具備分類回收特點(diǎn)的垃圾桶過程中正確實(shí)施垃圾投放操作，繼而給實(shí)際開展的垃圾分類處理技術(shù)工作流程，造成較大困難。

現(xiàn)階段，城市民眾生活空間中實(shí)際正在使用的垃圾桶，主要可以被具體劃分為兩個(gè)類別，其一是不分類垃圾桶，也就是將所有種類的垃圾都放在一起，其二是在城市馬路邊上隨處可見的分類垃圾桶，分為可回收和不可回收垃圾。第一種垃圾桶無(wú)法分類垃圾，存在十分嚴(yán)重的弊端。第二種垃圾桶可以將垃圾分為兩類，但是需要公民自行分類，將垃圾投入正確的垃圾桶內(nèi)，所以存在著自覺性和意識(shí)性問題，因此，有必要設(shè)計(jì)一種智能分類垃圾桶。

2? 基于STM32開發(fā)板的背負(fù)式可移動(dòng)垃圾桶方案設(shè)計(jì)

該產(chǎn)品屬于智能分類垃圾桶，其包括傳感器模塊、壓縮模塊、分類收集模塊、中央處理模塊、能源模塊;垃圾桶外壁內(nèi)側(cè)設(shè)置有滾軸，滾軸的上端設(shè)置有傳送帶，傳送帶的上側(cè)安裝有電動(dòng)機(jī)（1），電動(dòng)機(jī)（1）的一側(cè)設(shè)置有齒輪組，齒輪組的上側(cè)設(shè)置有壓縮滾軸（1），壓縮滾軸（1）的上側(cè)設(shè)置有壓縮滾軸（2），壓縮滾軸（2）的一側(cè)設(shè)置有電動(dòng)機(jī)（2），壓縮滾軸（2）的上側(cè)設(shè)置有滾軸（2），滾軸（2）的上側(cè)設(shè)置有位移傳感器，位移傳感器的一側(cè)設(shè)置有壓縮滾軸（3），滾軸的一側(cè)設(shè)置有光電傳感器（1），垃圾桶外壁的內(nèi)側(cè)設(shè)置有垃圾桶，垃圾桶中間設(shè)置有步進(jìn)電機(jī)，垃圾桶上端設(shè)置有深溝球軸承，深溝球軸承的下側(cè)設(shè)置有傳動(dòng)鏈輪，傳動(dòng)鏈輪中間設(shè)置有傳動(dòng)鏈。

從基本組成內(nèi)容角度分析，方案內(nèi)包含能對(duì)垃圾桶內(nèi)垃圾進(jìn)行檢測(cè)的垃圾桶，當(dāng)垃圾桶內(nèi)垃圾填滿后，發(fā)送指令給上位機(jī)，上位機(jī)收到指令后，指揮小車出發(fā)，小車依靠循跡或避障功能自動(dòng)前往所需空間位置。

借由針對(duì)可移動(dòng)垃圾桶的機(jī)構(gòu)圖展開全面系統(tǒng)分析，可以發(fā)現(xiàn)其中包含多樣化的技術(shù)設(shè)備和功能模塊。

垃圾桶的頂端位置設(shè)置有傳感器技術(shù)組件，當(dāng)桶內(nèi)垃圾堆積高度高過一定限度值時(shí)，垃圾桶內(nèi)的設(shè)備與上位機(jī)通信，使上位機(jī)派出小車，小車通過循跡避障等功能趕至，發(fā)出信號(hào)的垃圾桶的所在位置，將裝滿的垃圾桶馱運(yùn)至指定的位置，同時(shí)可將空的垃圾桶重新轉(zhuǎn)運(yùn)至被帶走的垃圾桶的位置處?；蚴窃谠O(shè)定的時(shí)間，例如傍晚將路邊的垃圾桶統(tǒng)一帶回至指定地點(diǎn)，統(tǒng)一處理垃圾。

在垃圾桶入口處設(shè)置傳感器監(jiān)測(cè)垃圾桶的使用頻率，當(dāng)一定區(qū)域內(nèi)的某些垃圾桶使用頻率過高，而另一些使用頻率較低，則使用頻率過高區(qū)域的垃圾桶向上位機(jī)發(fā)送請(qǐng)求，使上位機(jī)派出小車將使用頻率低位置的部分垃圾桶調(diào)往使用頻率高的區(qū)域。動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)垃圾桶分布，提高垃圾桶利用率。

車輛智能避障控制系統(tǒng)是一種集規(guī)劃決策、通信導(dǎo)航、自動(dòng)行駛、環(huán)境感知等功能于一體的綜合系統(tǒng)[1]，其內(nèi)包括避障模塊、紅外傳感器模塊、循跡模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等各種硬件裝置，因此系統(tǒng)采用STM32芯片作為嵌入式控制中心的核心。ARM處理器是一種16/32位的高性能、低成本、低功耗的嵌入式RISC微處理器，ARM體系采用了一些特別的技術(shù)，在保證高性能的同時(shí)盡量減小芯片體積，降低芯片的功耗[2]。

基于STM32開發(fā)板設(shè)計(jì)循跡功能，循跡模塊包括紅外發(fā)射和接收探頭，紅外探頭發(fā)出的紅外光線，在照射到路面事先畫好的路線時(shí)不反射紅外光，通過兩路循跡即可使小車能準(zhǔn)確沿預(yù)設(shè)線路自動(dòng)往返，將掛設(shè)在路邊的垃圾桶帶至垃圾集中處理點(diǎn)。

基于開發(fā)板設(shè)計(jì)避障功能，利用超聲波避障，超聲波的頻率一般高于20.00kHz，它的穿透能力強(qiáng)、方向性好、聲波較為集中，在水下也具有較強(qiáng)的傳播能力?？梢杂脕須⒍尽y(cè)距、清洗等[3]。當(dāng)超聲波探頭發(fā)出的信號(hào)被障礙物反射回來，若檢測(cè)到回波輸出端輸出高電平，由此可以得出測(cè)量距離[4]。

將循跡與避障功能相結(jié)合保證小車在轉(zhuǎn)移垃圾桶的過程中能順利到達(dá)指定位置，且能避開路徑上的障礙。

設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單可靠的掛鉤及鎖定系統(tǒng)，保證垃圾桶在轉(zhuǎn)移過程中能準(zhǔn)確可靠的固定在小車上，同時(shí)也要保證垃圾桶能可靠的固定在路邊固定樁上，同時(shí)由固定樁轉(zhuǎn)至小車上的過程應(yīng)當(dāng)盡量簡(jiǎn)單可靠。

遵照標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)圖中列示的信息，實(shí)際設(shè)計(jì)形成的轉(zhuǎn)運(yùn)接口中包含A、B、C三個(gè)組成部分，A部分為一對(duì)掛鉤孔，孔的結(jié)構(gòu)大致為在圓形孔的上端或下端截出一個(gè)矩形槽。B部分為蘑菇頭狀的掛鉤且固定樁上的掛鉤桿部偏下，小車上的掛鉤桿部偏下。C部分為有螺紋傳動(dòng)組成的升降臺(tái)。此外A部分的前后兩孔的安裝位置應(yīng)為當(dāng)后部掛鉤處于掛鉤孔矩形槽最下部時(shí)，前端掛鉤處于掛鉤孔圓形部分的中央。其實(shí)際運(yùn)行過程中執(zhí)行的技術(shù)過程為：在小車處于轉(zhuǎn)運(yùn)垃圾桶前位置條件下，安裝在固定樁結(jié)構(gòu)上的掛鉤組件處于A后孔內(nèi)的矩形槽頂端，此時(shí)固定樁上的掛鉤組件會(huì)將垃圾桶牢牢掛在固定樁上。C部分的升降臺(tái)處于下端位置，當(dāng)小車到達(dá)垃圾桶下方位置條件下，小車上的掛鉤組件將會(huì)處于A前孔內(nèi)的圓形部分中央，然后升降臺(tái)抬起，將垃圾桶向上抬舉。當(dāng)小車上的掛鉤處于A前孔內(nèi)的矩形槽下端，固定樁上的掛鉤處于A后孔內(nèi)的圓形部分中央，此時(shí)垃圾桶將被鉤掛于小車上。當(dāng)需要將垃圾桶由小車鉤掛于固定樁上時(shí)，僅需將上述過程逆轉(zhuǎn)處理即可實(shí)現(xiàn)。C部分通過電機(jī)設(shè)備帶動(dòng)齒輪組將電機(jī)的運(yùn)動(dòng)輸出至螺桿組件，同時(shí)降低輸出轉(zhuǎn)速。螺桿組件與升降臺(tái)組件構(gòu)成螺旋傳動(dòng)，螺旋傳動(dòng)是通過絲杠組件與螺母組件組成的螺紋副實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)要求的，主要將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力[5]。

3? 結(jié)語(yǔ)

圍繞基于STM32開發(fā)板的背負(fù)式可移動(dòng)垃圾桶論題，文章從設(shè)計(jì)思路和技術(shù)原理層面展開了論述分析，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)工作人員提供經(jīng)驗(yàn)參考支持條件，并且為提升城市生活垃圾處理工作質(zhì)量，優(yōu)化城市民眾生存質(zhì)量狀態(tài)創(chuàng)造支持條件。

參考文獻(xiàn)

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[5] 宋鐵.基于機(jī)器視覺的家庭智能分類垃圾桶設(shè)計(jì)研究[D].上海：東華大學(xué)，2019.

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