基于GSM技術(shù)的公共垃圾箱自動預(yù)報清理系統(tǒng)

摘 要：設(shè)計公共垃圾箱自動預(yù)報清理系統(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客戶端，實現(xiàn)對公共垃圾箱的自動預(yù)報清理和實時查詢，達到公共垃圾箱按需定點清理的目的，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；自動預(yù)報清理；按需定點

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降低工作效率，也不利于對城市環(huán)境的集中管理。市場上相繼出現(xiàn)距離感應(yīng)垃圾桶、自動分類垃圾桶、自動壓縮處理垃圾桶等智能垃圾桶[1，2]，但它主要用于室內(nèi)，未能用到人員相對集中的室外，如小區(qū)、學(xué)校、火車站、廣場等公共場所。同時該類產(chǎn)品缺乏對箱內(nèi)異味檢測，忽略了環(huán)境檢測這一環(huán)節(jié)。

設(shè)計一種基于GSM短信功能的公共垃圾箱自動預(yù)報清理系統(tǒng)，對公共垃圾箱箱內(nèi)現(xiàn)存量、箱內(nèi)異味進行檢測，提高公共垃圾箱的集中管理同時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、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)點包括垃圾箱狀態(tài)檢測用傳感器和各傳感器的信號調(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，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，經(jīng)過調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路后傳給STC12C5A60S2單片機。根據(jù)采集信息判斷是否需要清理，若需要啟動無線通信模塊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，實現(xiàn)實時查詢和參數(shù)設(shè)置。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 主控芯片STC12C5A60S2

主控芯片STC12C5A60S2是STC生產(chǎn)的高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，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)對系統(tǒng)進行手動復(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]，支持數(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單片機進行雙向通信，接收單片機發(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臺秤稱重傳感器[7]，滿量程為30kg，輸出電壓的最大量程與激勵電壓有關(guān)，其滿量程輸出電壓等于激勵電壓和靈敏度相乘。激勵電壓選為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，因此采用LM358進行放大，如圖4所示。

其輸出電壓與重量的對應(yīng)關(guān)系，如圖5所示。

圖5 輸出電壓與重量對應(yīng)關(guān)系

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

2.4 異味檢測模塊

異味檢測模塊采用TGS2600-SOP氣體傳感器[8]，其敏感元件由一個以金屬鋁做襯底的金屬氧化物敏感芯片和一個完整的加熱器組成。在檢測氣體時，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，達到預(yù)設(shè)值時輸出低電位0V，未達時5V。三個漫反射開關(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，其輸出信號量與垃圾量的對應(yīng)關(guān)系如下表1：

表1 信號量與垃圾量對照表

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 監(jiān)測節(jié)點檢測軟件

圖7為公共垃圾箱監(jiān)測節(jié)點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、容量和異味是否達到閾值，如果其中一項以上達到閾值時驅(qū)動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。手機客戶端打開后進入登陸界面，核對用戶登錄信息，如果登錄信息不對，則停留登錄界面，如果賬戶和密碼正確則進入到查詢界面。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，則進入到參數(shù)設(shè)定界面進行參數(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

由于基于手機短信功能，如果查詢比較頻繁，則會多次收發(fā)短信，如果不加以處理，手機會多次提示手機新短信，影響用戶的體驗。因此本設(shè)計利用安卓系統(tǒng)提供的廣播監(jiān)聽功能，在手機提示前提取信息并銷毀廣播，用戶就不會感覺到監(jiān)測終端發(fā)來的信息，也不會暫用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 實驗結(jié)果

本系統(tǒng)可運行在安卓V2.3及以上手機，其主頻和內(nèi)存要求較低，一般安卓手機均可運行，本測試采用的真機硬件參數(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：用戶在登錄界面點擊左鍵進行賬戶和密碼的設(shè)定，點擊登陸前用戶通過“記住密碼”選框選擇是否要記住登陸信息，如圖9所示。

（2）實時查詢：在查詢界面，用戶點擊查詢按鈕即可查詢各垃圾點的相關(guān)信息，用戶通過查詢的信息判斷各點是否需要清理，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（號碼）和參數(shù)（重量、異味、容量）閾值，應(yīng)按照提示的格式進行設(shè)置，閾值輸入完成后，點擊“設(shè)定”按鈕，待提示設(shè)置成功后點擊“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)計要求。通過實驗自主開發(fā)的手機客戶終端，其操作界面簡單明了，便于查詢和管理，實用性強、成本低，公共環(huán)境監(jiān)測具有較好地實際應(yīng)用價值。

參考文獻

[1]周慧 ，許錦標.新型智能垃圾桶的設(shè)計方案[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006，23（6）：85-94.

[2]湯俊良.智能垃圾箱[J].科學(xué)啟蒙，2005（6）：14.

[3]楊曉飛，陸航，孫秀勇，等.公共垃圾箱自動預(yù)報清理控制裝置[P].中國專利，2014（11）.

[4]陸航，楊曉飛，孫秀勇，等.一種公共垃圾箱按需定點清理自動預(yù)報系統(tǒng)[P].中國專利，2014（12）.

[5]黃超，劉婷，謝印慶.基于STC12C5A60S2多功能通信開發(fā)板設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（5）：152-155.

[6]吳玉田，王瑞光，鄭喜鳳，等.GSM模塊TC35及其應(yīng)用[J].計算機測量與控制，2002，10（8）：557-560.

[7]錢婷婷，李正明，石鑫，等.基于單片機的自動稱重系統(tǒng)[J].制造業(yè)自動化，2014，36（8）：116-118.

[8]江杰，宋宏龍.基于GSM短信的煙霧傳感報警系統(tǒng)[J].測控技術(shù)，2014，33（1）：1-3.

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)。