基于GSM技術(shù)的公共垃圾箱自動(dòng)預(yù)報(bào)清理系統(tǒng)

摘 要：設(shè)計(jì)公共垃圾箱自動(dòng)預(yù)報(bào)清理系統(tǒng)，可以解決分散公共垃圾箱的集中管理。采用具有GSM短信功能的TC35i模塊，以STC12C5A60S2芯片為主控單元，通過TC35i模塊將公共垃圾箱的重量、容量和異味信息傳送到手機(jī)客戶端，實(shí)現(xiàn)對(duì)公共垃圾箱的自動(dòng)預(yù)報(bào)清理和實(shí)時(shí)查詢，達(dá)到公共垃圾箱按需定點(diǎn)清理的目的，避免清潔人員現(xiàn)場巡查和降低清潔人員工作量。

關(guān)鍵詞：GSM；公共垃圾箱；自動(dòng)預(yù)報(bào)清理；按需定點(diǎn)

引言

目前公共垃圾箱的清理和管理主要靠保潔人員的現(xiàn)場巡查，這就加大保潔人員的工作量同時(shí)降低工作效率，也不利于對(duì)城市環(huán)境的集中管理。市場上相繼出現(xiàn)距離感應(yīng)垃圾桶、自動(dòng)分類垃圾桶、自動(dòng)壓縮處理垃圾桶等智能垃圾桶[1，2]，但它主要用于室內(nèi)，未能用到人員相對(duì)集中的室外，如小區(qū)、學(xué)校、火車站、廣場等公共場所。同時(shí)該類產(chǎn)品缺乏對(duì)箱內(nèi)異味檢測，忽略了環(huán)境檢測這一環(huán)節(jié)。

設(shè)計(jì)一種基于GSM短信功能的公共垃圾箱自動(dòng)預(yù)報(bào)清理系統(tǒng)，對(duì)公共垃圾箱箱內(nèi)現(xiàn)存量、箱內(nèi)異味進(jìn)行檢測，提高公共垃圾箱的集中管理同時(shí)改善公共垃圾箱周圍環(huán)境。

1 系統(tǒng)框架及工作原理

該系統(tǒng)由公共垃圾箱監(jiān)測節(jié)點(diǎn)、安卓客戶端和公共環(huán)境監(jiān)控中心，如圖1所示。公共垃圾箱監(jiān)測節(jié)點(diǎn)檢測公共垃圾箱箱內(nèi)現(xiàn)存量、箱內(nèi)異味信息，并通過GSM短信把檢測信息發(fā)送至安卓終端設(shè)備[3，4]。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

圖2所示，公共垃圾箱監(jiān)測節(jié)點(diǎn)包括垃圾箱狀態(tài)檢測用傳感器和各傳感器的信號(hào)調(diào)理電路、微處理器和無線通信模塊，其中微處理器采用STC12C5A60S2單片機(jī)，GSM短信功能采用TC35i無線通信模塊。

圖2 公共垃圾箱監(jiān)測節(jié)點(diǎn)組成框圖

各傳感器模塊采集垃圾箱的周圍異味、垃圾重量和箱內(nèi)容量后轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)過調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路后傳給STC12C5A60S2單片機(jī)。根據(jù)采集信息判斷是否需要清理，若需要啟動(dòng)無線通信模塊TC35i，將信息發(fā)送給終端設(shè)備，提示盡快清理。同時(shí)系統(tǒng)具備管理員模式，由安卓客戶端發(fā)送查詢指令到TC35i無線通信模塊，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查詢和參數(shù)設(shè)置。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控芯片STC12C5A60S2

主控芯片STC12C5A60S2是STC生產(chǎn)的高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8～12倍[5]。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換。工作電壓在5.5-3.5V之間，具有雙串口，外部時(shí)鐘源11～17MHz 最小系統(tǒng)圖，如圖3所示。系統(tǒng)復(fù)位采用阻容復(fù)位電路，電容為10uf，電阻為10k？贅，設(shè)置復(fù)位開關(guān)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位。通信端口P3.0（RxD）和P3.1（TxD）分別與TC35i無線通信模塊的TxD和RxD連接。

圖3 系統(tǒng)總體框圖

2.2 TC35i無線通信模塊

TC35i無線通信模塊采用西門子公司的雙頻900/1800MHZ高度集成GSM短信模塊[6]，支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、短信息和傳真，直流電壓：3.3～4.8V；電流消耗：1.0mA（睡眠）10.0mA（閑置）、300mA（通話），最大2.0A。SIM電壓為3V/1.8V，TC35i的數(shù)據(jù)接口通過AT命令可雙向傳送指令和數(shù)據(jù)，支持TEXT格式和PDU格式的短息。TC35i無線通信模塊與STC12C5A60S2單片機(jī)進(jìn)行雙向通信，接收單片機(jī)發(fā)送指令后執(zhí)行并返回執(zhí)行狀態(tài)。

2.3 重量檢測模塊

重量檢測模塊采用YZC-1B臺(tái)秤稱重傳感器[7]，滿量程為30kg，輸出電壓的最大量程與激勵(lì)電壓有關(guān)，其滿量程輸出電壓等于激勵(lì)電壓和靈敏度相乘。激勵(lì)電壓選為5V，滿量程輸出電壓為10mv，而STC12C5A60主控芯片的電壓分辨率為5mv，無法正常讀取稱重傳感器的輸出信號(hào)，因此采用LM358進(jìn)行放大，如圖4所示。

其輸出電壓與重量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖5所示。

圖5 輸出電壓與重量對(duì)應(yīng)關(guān)系

由圖5可知，重量和輸出電壓基本成比例關(guān)系，運(yùn)算方便，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4 異味檢測模塊

異味檢測模塊采用TGS2600-SOP氣體傳感器[8]，其敏感元件由一個(gè)以金屬鋁做襯底的金屬氧化物敏感芯片和一個(gè)完整的加熱器組成。在檢測氣體時(shí)，傳感器的傳導(dǎo)率依賴于周圍環(huán)境氣體濃度的變化，其應(yīng)用電路如圖6所示。TOUT為傳感器輸出，與主控單元的A/D轉(zhuǎn)換口連接，主控單元根據(jù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)判斷周圍氣體的質(zhì)量。

圖6 TGS2600-SOP應(yīng)用電路

2.5 容量檢測模塊

容量檢測模塊采用E3F-DS100C1光電漫反射開關(guān)，檢測距離為0-1m，達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)輸出低電位0V，未達(dá)時(shí)5V。三個(gè)漫反射開關(guān)A、B、C分別安裝在0.2m、1.5m、0.9m處，通過檢測A、B、C漫反射開關(guān)的值檢測垃圾箱內(nèi)垃圾量，其輸出信號(hào)量與垃圾量的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表1：

表1 信號(hào)量與垃圾量對(duì)照表

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 監(jiān)測節(jié)點(diǎn)檢測軟件

圖7為公共垃圾箱監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的檢測軟件程序流程圖。首先初始化各傳感器和GSM 模塊，然后主控單元根據(jù)采集信息判斷垃圾重量、容量和異味是否達(dá)到閾值，如果其中一項(xiàng)以上達(dá)到閾值時(shí)驅(qū)動(dòng)TC35i通信模塊發(fā)送清理請求命令給清潔人員；否則檢測GSM模塊是否接到客戶端發(fā)的查詢指令，如果接到就發(fā)送檢測信息給客戶端，否則檢測GSM模塊是否接收到指令，如果接到指令則發(fā)送重量、異味和容量的信息發(fā)送到手機(jī)客戶端。

3.2 客戶端終端設(shè)備軟件

圖8為客戶終端設(shè)備程序流程圖。手機(jī)客戶端打開后進(jìn)入登陸界面，核對(duì)用戶登錄信息，如果登錄信息不對(duì)，則停留登錄界面，如果賬戶和密碼正確則進(jìn)入到查詢界面。在查詢界面等待查詢或設(shè)定按鈕按下，如果查詢按鈕監(jiān)聽器監(jiān)聽到按下，則發(fā)送查詢命令，同時(shí)等待信息的反饋。在接到反饋信息后，在查詢界面顯示，如果設(shè)定按鈕按下，則進(jìn)入到參數(shù)設(shè)定界面進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，設(shè)定完畢后返回到查詢界面。

圖7 監(jiān)測節(jié)點(diǎn)程序流程圖

圖8 客戶端終端設(shè)備程序流程圖

由于基于手機(jī)短信功能，如果查詢比較頻繁，則會(huì)多次收發(fā)短信，如果不加以處理，手機(jī)會(huì)多次提示手機(jī)新短信，影響用戶的體驗(yàn)。因此本設(shè)計(jì)利用安卓系統(tǒng)提供的廣播監(jiān)聽功能，在手機(jī)提示前提取信息并銷毀廣播，用戶就不會(huì)感覺到監(jiān)測終端發(fā)來的信息，也不會(huì)暫用SIM卡內(nèi)存，只有打開客戶端后才能看到有信息。設(shè)計(jì)中用到短信的監(jiān)聽和讀取等功能必須Androidmanifest.xml文件中獲取相應(yīng)的權(quán)限。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本系統(tǒng)可運(yùn)行在安卓V2.3及以上手機(jī)，其主頻和內(nèi)存要求較低，一般安卓手機(jī)均可運(yùn)行，本測試采用的真機(jī)硬件參數(shù)為：版本：安卓V4.2.2，CPU：ARMv7，主頻：1300M， 內(nèi)存：1GB。其測試步驟如下：

（1）登錄界面：用戶在登錄界面點(diǎn)擊左鍵進(jìn)行賬戶和密碼的設(shè)定，點(diǎn)擊登陸前用戶通過“記住密碼”選框選擇是否要記住登陸信息，如圖9所示。

（2）實(shí)時(shí)查詢：在查詢界面，用戶點(diǎn)擊查詢按鈕即可查詢各垃圾點(diǎn)的相關(guān)信息，用戶通過查詢的信息判斷各點(diǎn)是否需要清理，如圖10所示。

（3）參數(shù)設(shè)置：設(shè)置監(jiān)測設(shè)備的端口地址（號(hào)碼）和參數(shù)（重量、異味、容量）閾值，應(yīng)按照提示的格式進(jìn)行設(shè)置，閾值輸入完成后，點(diǎn)擊“設(shè)定”按鈕，待提示設(shè)置成功后點(diǎn)擊“確定”按鈕，完成確定并返回到查詢界面，如圖11所示。

5 結(jié)束語

系統(tǒng)應(yīng)用穩(wěn)定高效的GSM移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，所采用的稱重和氣味傳感器在日常生活中的應(yīng)用比較廣泛，具有良好的檢測效果。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，硬件電路和系統(tǒng)性能穩(wěn)定，滿足設(shè)計(jì)要求。通過實(shí)驗(yàn)自主開發(fā)的手機(jī)客戶終端，其操作界面簡單明了，便于查詢和管理，實(shí)用性強(qiáng)、成本低，公共環(huán)境監(jiān)測具有較好地實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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作者簡介：楊曉飛（1991-），男，學(xué)生，現(xiàn)就讀于徐州工程學(xué)院信電學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。