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        基于單片機的智能垃圾桶設(shè)計

        2021-03-23 09:50:38陳卓然趙東陽夏丹寧馬鑫泉
        關(guān)鍵詞:桶蓋垃圾桶藍牙

        陳卓然 王 璇 趙東陽 夏丹寧 馬鑫泉

        (吉林師范大學博達學院 計算機與信息科學學院,吉林 四平 136000)

        當今社會,人們對環(huán)境保護日益重視,垃圾分類及垃圾回收顯得尤為關(guān)鍵且重要,最近幾年全國對垃圾分類的提倡使垃圾桶的需求量激增,而智能垃圾桶成為當前社會的趨勢。在投放垃圾時,智能垃圾桶能智能開蓋并識別金屬、非金屬以及是否為可回收材料。此外,智能垃圾桶還具有利用物聯(lián)網(wǎng)的功能,將數(shù)據(jù)傳回手機App端進行大數(shù)據(jù)統(tǒng)計,從而使垃圾得到最大限度的回收,提高利用率,既能節(jié)省人力物力,又能為環(huán)境保護作出貢獻。

        1 智能垃圾桶設(shè)計方案

        1.1 智能垃圾桶設(shè)計思路

        第一,功能設(shè)定,設(shè)計可感應(yīng)人體靠近,完成自動開蓋功能;第二,功能設(shè)計,對于無意垃圾處理人員及有意垃圾處理人員進行檢測,在檢測時間內(nèi),確認為真正的倒垃圾人員,進行開蓋動作;第三,檢測垃圾桶內(nèi)垃圾存儲量,當垃圾超出范圍,進行報告處理;未超限則進行開蓋動作;第四,對于超限的數(shù)據(jù)進行上報處理,處理后的數(shù)據(jù)清零;第五,設(shè)置驗算功能,完成以上各步驟后再次驗算檢測桶內(nèi)垃圾數(shù)據(jù),無問題開啟開蓋等待功能;第六,統(tǒng)計系統(tǒng)的誤差統(tǒng),根據(jù)垃圾分類錯誤次數(shù)計算誤差,統(tǒng)計誤差百分比。

        1.2 智能垃圾桶的總體設(shè)計

        智能垃圾桶由垃圾桶身部分、桶蓋部分、控制系統(tǒng)部分組成??刂葡到y(tǒng)的主要功能:第一,對垃圾桶桶蓋進行延時開合的控制,利用紅外線對垃圾桶周圍進行檢測,如果有人體靠近,則自動打開垃圾的桶蓋,實現(xiàn)垃圾桶的自動開合功能;第二,檢測垃圾桶內(nèi)部垃圾存儲量的位置,如果垃圾已經(jīng)存儲狀態(tài)為滿,則提示垃圾已滿,不開啟垃圾桶蓋;第三,結(jié)合反饋數(shù)據(jù)對已滿狀態(tài)的垃圾桶信息進行上傳,通過藍牙模塊將已滿信息傳到手機App上,以提示工作人員進行垃圾桶清理。系統(tǒng)總體功能設(shè)計如圖1所示。

        圖1 系統(tǒng)總體功能設(shè)計圖

        根據(jù)以上功能設(shè)計,擬選用的STC89C52RC作為本設(shè)計的中控單片機。STC89C52單片機為宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超強抗干擾的單片機,指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機,帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除式只讀存儲器[1]。

        通過STC89C52RC中控模塊,提供系統(tǒng)總體用電的供電模塊、檢測人身體接進自動開合桶蓋的紅外傳感器模塊、垃圾位置檢測的金屬傳感器模塊、藍牙上報模塊4部分共同構(gòu)成了智能垃圾桶系統(tǒng)。

        2 超級垃圾桶設(shè)計內(nèi)容

        2.1 總體供電模塊

        系統(tǒng)主要可采用鋰電池進行供電,太陽能電池輔助供電[2],其中鋰電池選用7.4V,220000mA的2S。調(diào)整鋰電池的直流電壓降壓至5.0V,再升至9.0V進行總體供給電量。舵機MG995R與舵機180度LDX-218并行連接電源電路,電源電路通過與STC89C52RC芯片的連接到顯示電路,與此同時,芯片驅(qū)動發(fā)射電路經(jīng)過超聲波發(fā)射轉(zhuǎn)換器到達終端,終端經(jīng)過超聲波接收轉(zhuǎn)化器到接收電路,再回到芯片,從而實現(xiàn)電路的驅(qū)動。鋰電池供電,太陽能輔助,可以最大可能性的保證系統(tǒng)的用電及其續(xù)航能力,并且可以大量節(jié)約能源,遇到特殊的外部環(huán)境,系統(tǒng)主控電路也可以正常完成工作。

        2.2 自動開合桶蓋模塊

        系統(tǒng)由紅外傳感器模塊進行紅外檢測,探測周圍有無人體接近桶身,如果有人接近并且時間在檢測時間內(nèi),紅外檢測電路探測在設(shè)定距離內(nèi)是否有人接近垃圾桶,如果有人出現(xiàn)在紅外感應(yīng)范圍內(nèi),傳感器裝檢測到的數(shù)據(jù)傳送回微控制系統(tǒng),經(jīng)過延時判斷是否是經(jīng)過,還是投放垃圾的情況,確認垃圾投放后,桶蓋自動打開;同時檢測繼續(xù),若檢測周圍無人,將無人數(shù)據(jù)進行回傳,經(jīng)預(yù)先設(shè)置好的時間,關(guān)閉桶蓋。

        2.3 檢測垃圾的傳感器模塊

        系統(tǒng)控制垃圾的投放存儲內(nèi)容裝滿到一定的高度,由檢測電路的傳感器拾取位置數(shù)據(jù)進行檢測,當超出設(shè)定高度移置時,由微控制系統(tǒng)運算后,控制桶蓋不接受后繼開蓋指令,并將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到藍牙模塊。只有高度檢測不超過開蓋標準設(shè)定的高度,桶蓋才可進行開蓋動作。

        2.4 藍牙上報模塊

        藍牙模塊功能是實現(xiàn)手機App端的連接。利用通用輸入輸出模塊,對外部數(shù)據(jù)的收集,經(jīng)過處理后,可提供輸出兩路PWM脈沖寬度調(diào)制波,結(jié)合藍牙傳輸系統(tǒng)以實現(xiàn)微控制系統(tǒng)的串行口與其通信,最后將得到的數(shù)據(jù)通過藍牙設(shè)備返回到手機App端進行顯示。各模塊運行流程如 圖2所示。

        圖2 模塊運行流程圖

        3 軟件設(shè)計部分

        軟件設(shè)計功能是協(xié)助微處理系統(tǒng)實現(xiàn)各功能子模塊的數(shù)據(jù)傳輸,用程序?qū)崿F(xiàn)各模塊的功能。系統(tǒng)程序首先會將各個模塊進行初始化運作。為了使得紅外感應(yīng)模塊能夠正常測距,同時防止外界各種反射所造成的回傳干擾,設(shè)定了300ms的延時。在延時結(jié)束以后,計時器即將開始計時,如果其已經(jīng)到達了設(shè)定的時間,系統(tǒng)將會開始運作。在計時器工作的同時,波測量模塊檢測到人與垃圾箱的距離小于所設(shè)定的距離50cm時,舵機LDX-218正向旋轉(zhuǎn),控制蓋子的開啟,在延時5s后電機反轉(zhuǎn),控制蓋子關(guān)閉。同時,金屬傳感器感應(yīng)到物體后,系統(tǒng)會開始探測金屬或非金屬垃圾是否滿溢,并在此前提下控制金屬或非金屬蓋子是否開啟。

        4 智能垃圾桶設(shè)計方案的可行性分析

        STC89C52RC芯片與紅外線檢測器相結(jié)合,控制理論研究、算法實現(xiàn)、應(yīng)用探索等方面已取得了一些初步成果,并具有較好的理論基礎(chǔ),具有很強的可行性。智能垃圾桶涉及多個學科,需要群智能系統(tǒng)協(xié)同控制、數(shù)據(jù)處理、深度學習等多個領(lǐng)域的技術(shù)積累,這些技術(shù)在現(xiàn)實生活中已經(jīng)有了很多的應(yīng)用。因此,智能垃圾桶的應(yīng)用在技術(shù)上是可行的。

        5 結(jié)語

        智能垃圾桶具有智能進行垃圾分揀、節(jié)省時間、環(huán)保高效的優(yōu)勢。本文給出了智能超級垃圾桶的總體解決方案,詳細介紹了研究的主要內(nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)、實驗方案等,為后續(xù)系統(tǒng)開發(fā)奠定了基礎(chǔ)[3]。

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