賈超群 ， 麻耀華 ， 陳孝慎

（山東華宇工學(xué)院，山東 德州 253034）

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，人們生活習(xí)慣的改變，生活質(zhì)量的提高，生活垃圾處理的需求愈發(fā)迫切，垃圾分類(lèi)尤為重要，垃圾分類(lèi)是對(duì)垃圾收集處置傳統(tǒng)方式的改革，是有效處置垃圾的一種科學(xué)管理方法[1-2]。

在查閱大量干濕垃圾系統(tǒng)相關(guān)文獻(xiàn)和資料的基礎(chǔ)上，對(duì)干濕垃圾系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求進(jìn)行綜合對(duì)比分析，課題組設(shè)計(jì)了單片機(jī)多功能家用干濕垃圾分類(lèi)裝置。它將人工智能技術(shù)與現(xiàn)實(shí)生活相結(jié)合，能夠?yàn)槔诸?lèi)提供智能決策和支持，達(dá)到精準(zhǔn)化生產(chǎn)管理的目的。同時(shí)，還能提高人們生活質(zhì)量，既環(huán)保又能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。垃圾分類(lèi)控制系統(tǒng)提供自動(dòng)化程序，可以檢測(cè)干濕垃圾，檢測(cè)垃圾重量，檢測(cè)垃圾桶是否滿了，并且可以通過(guò)App進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。垃圾分類(lèi)裝置可以有效節(jié)約時(shí)間，方便人們的生活。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)

德國(guó)、美國(guó)以及日本的生活垃圾分類(lèi)從最開(kāi)始的人工式到發(fā)出提醒的半自動(dòng)式，再到感應(yīng)式；按照操作方式可分為滑道式和機(jī)械手，最后發(fā)展成智能化程度很高的全自動(dòng)小型機(jī)器人。2003年之后步入信息時(shí)代，垃圾分類(lèi)發(fā)展方向更加趨向于互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算，已經(jīng)有了一套完整的生活垃圾分類(lèi)法律體系和分類(lèi)后的垃圾處理處置體系[3]。

重慶大學(xué)的鄧冰峰[4]提出了一種基于微波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，利用空間平面電磁波反射和透射的疊加原理進(jìn)行垃圾分類(lèi)的研究方法。通過(guò)使用與空間波傳輸方法相同形式的實(shí)驗(yàn)裝置，同時(shí)檢測(cè)發(fā)射天線端和接收天線端的微波信號(hào)，發(fā)射天線端的微波功率降低到衰減器使用的探測(cè)器檢測(cè)范圍時(shí)，探測(cè)器將發(fā)射天線端和接收天線端的微波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，采集卡對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采集和分析[5]，最后將KNN分類(lèi)算法應(yīng)用于城市生活垃圾的干濕分類(lèi)。這類(lèi)裝置費(fèi)用較高，難以制成成本低、效率高的小型家用分類(lèi)裝置，不能達(dá)到預(yù)期的效果。

基于以上調(diào)研，課題組提出了一個(gè)基于單片機(jī)的多功能家用干濕垃圾分類(lèi)裝置。

2 單片機(jī)多功能家用干濕垃圾分類(lèi)裝置的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體需求

近年來(lái)，根據(jù)研究結(jié)果可以看出，快速有效的垃圾分類(lèi)對(duì)保護(hù)自然資源、自然環(huán)境是至關(guān)重要的。目前，大部分垃圾分類(lèi)都是通過(guò)傳統(tǒng)的人工管理來(lái)實(shí)現(xiàn)的，垃圾分類(lèi)效率低，人工勞動(dòng)強(qiáng)度高。這樣看來(lái)，垃圾分類(lèi)裝置不僅可以降低人工成本，還可以減少社會(huì)資源的浪費(fèi)，貫徹綠色環(huán)保理念。因此，有效進(jìn)行垃圾分類(lèi)對(duì)于滿足人類(lèi)生活需求具有十分重要的意義[6]。

2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

本項(xiàng)目在山東華宇工學(xué)院電氣學(xué)院相關(guān)老師的共同指導(dǎo)下，由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人帶領(lǐng)的小組研究基于單片機(jī)的多功能家用干濕垃圾分類(lèi)裝置。該系統(tǒng)通過(guò)濕度傳感器、紅外滿載傳感器、紫外線感應(yīng)消毒技術(shù)對(duì)垃圾進(jìn)行分類(lèi)。用單片機(jī)[7]編程控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，當(dāng)紅外線發(fā)射信號(hào)后，蜂鳴器發(fā)出響聲用于提醒用戶，此外該裝置還裝有自動(dòng)粉碎裝置，識(shí)別到垃圾之后會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)將垃圾粉碎，粉碎后的垃圾方便使用者處理。

2.3 整體設(shè)計(jì)

基于上述分析，設(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)的多功能家用干濕垃圾分類(lèi)裝置，提供一種新型的家用干濕垃圾分類(lèi)裝置，該裝置可以自動(dòng)區(qū)分出干濕垃圾，而且還裝有太陽(yáng)能板[8]可以節(jié)約用電。在濕垃圾儲(chǔ)藏倉(cāng)底部還有排水口，可以將多余的污水排放出來(lái)，這樣不用擔(dān)心在扔垃圾時(shí)有污水流出來(lái)而造成的環(huán)境污染，并且此裝置大大提高了垃圾回收率。技術(shù)路線主要分為干濕垃圾檢測(cè)系統(tǒng)、垃圾回收系統(tǒng)、滿載檢測(cè)系統(tǒng)、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.4 硬件設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的多功能家用干濕垃圾分類(lèi)裝置主要硬件是濕度感應(yīng)器、重力感應(yīng)器、紅外線觸發(fā)器、紫外線感應(yīng)燈[9]等。

家用干濕垃圾分類(lèi)的智能裝置區(qū)利用太陽(yáng)能光板進(jìn)行發(fā)電，然后通過(guò)干濕感應(yīng)器對(duì)垃圾進(jìn)行分類(lèi)和整理，對(duì)于有污水產(chǎn)生具有特殊氣體的垃圾進(jìn)行一個(gè)紫外線消毒。通過(guò)單片機(jī)可以控制整個(gè)系統(tǒng)，這使得整個(gè)流程得以順利進(jìn)行，帶動(dòng)整體的工作。

按下開(kāi)關(guān)，整個(gè)工作開(kāi)始，垃圾投放進(jìn)來(lái)，首先由濕度感應(yīng)器區(qū)分干濕垃圾，感應(yīng)器將垃圾進(jìn)行分類(lèi)，然后將不同的垃圾放到不同的收納箱中，如果是干垃圾就會(huì)落入干垃圾的儲(chǔ)存?zhèn)}，如果是濕垃圾將會(huì)粉碎垃圾，粉碎后便將這些垃圾放到垃圾儲(chǔ)藏倉(cāng)中，此時(shí)旋轉(zhuǎn)桶旋轉(zhuǎn)將濕垃圾的污水通過(guò)排水口排出。同時(shí)利用紫外線消毒燈進(jìn)行消毒，這就是此裝置工作的整個(gè)過(guò)程。

紅外線接收發(fā)射器的運(yùn)用方法如下：在倒的垃圾產(chǎn)生一定的數(shù)量和最高水位、污水的儲(chǔ)存到達(dá)一定的高度儲(chǔ)存空間難以滿足時(shí)，紅外接收發(fā)射器就開(kāi)始響應(yīng)，提醒人們進(jìn)行處理，人們受到提示后，按下開(kāi)關(guān)就可以進(jìn)行處理[10]。同時(shí)，這個(gè)干濕垃圾的分類(lèi)智能裝置還有一個(gè)LED的燈泡，幫助使用者在夜間分辨出垃圾處理裝置在什么地方，它本身是通過(guò)太陽(yáng)能光板發(fā)電進(jìn)行通電。它還帶一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)處理裝置和周?chē)h(huán)境進(jìn)行測(cè)溫，更加方便了人們的生活。這就是垃圾分類(lèi)智能裝置的總體內(nèi)容，其實(shí)物結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，三維立體圖如圖3所示。

圖2 實(shí)物結(jié)構(gòu)圖

圖3 三維立體圖

2.5 軟件設(shè)計(jì)

干濕垃圾分類(lèi)系統(tǒng)可以對(duì)控制干濕垃圾的儲(chǔ)存?zhèn)}消毒。分析模型可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制設(shè)備，例如垃圾粉碎、垃圾回收、重力感應(yīng)等。另外，此干濕垃圾分類(lèi)系統(tǒng)可以通過(guò)紅外線檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)垃圾的多少，確保在垃圾桶滿時(shí)可以及時(shí)清理，實(shí)現(xiàn)良好的管理，為高質(zhì)量的生活創(chuàng)造條件。此系統(tǒng)不僅使用成本低，還大大減少了人力資源的成本。軟件設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 軟件設(shè)計(jì)圖

3 結(jié)論

通過(guò)學(xué)習(xí)和研究，本項(xiàng)目采用傳感器采集垃圾濕度的方法，解決了干濕垃圾分類(lèi)難的問(wèn)題，同時(shí)結(jié)合單片機(jī)技術(shù)，使項(xiàng)目開(kāi)發(fā)成本更低、使用更方便，手機(jī)App的開(kāi)發(fā)為用戶提供更好的實(shí)時(shí)監(jiān)控。本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的家用干濕垃圾分類(lèi)的智能裝置，各方面性能都比較高，相較于傳統(tǒng)模式，投放效率更高，節(jié)約時(shí)間，有著較高的研究?jī)r(jià)值，發(fā)展前景樂(lè)觀。