景區智能垃圾桶的設計

崔明珠++董玉華++陳冰

摘要：本文介紹了智能垃圾桶的一種設計方法。該方法基于51系列單片機，實現當人的手或物體接近投物口時，垃圾桶的屏幕上顯示垃圾的分類信息。而當垃圾桶滿時，會向管理控制中心發送消息，便于及時清理垃圾。這種新型智能垃圾桶環保、節能，是人類進入小康社會取代傳統垃圾桶的更新換代產品。

關鍵詞：單片機； 智能垃圾桶； 紅外傳感器； 壓力傳感器

中圖分類號： TP311

文獻標志碼： A

文章編號： 2095-2163（2016）06-0124-03

0引言

隨著社會的發展和人們環保意識的增強，關于垃圾的投放處理等問題也日漸吸引了大眾的關注視線。尤其在旅游景點中，針對垃圾桶的技術功能效果設計即已成為時下學界的重點民生研究課題。

基于此，本文設計了一款智能垃圾桶[1]。當人靠近垃圾桶時，垃圾桶的屏幕上會顯示垃圾的分類情況，當垃圾桶內廢棄物達到規定值時，會向景區管理中心發送報警信息，提示管理人員及時進行垃圾清理[2]。該款設計一方面節省了景區的人力物力；另一方面，則為普通大眾創造了一個干凈、整潔的景區環境，進而有助于提升景區聲譽，獲得良好的社會經濟效益。

[BT4]1系統方案設計

基于單片機的智能垃圾桶設計的原理框圖如圖1所示。研究系統由單片機主控模塊、電源模塊、顯示模塊、超聲波模塊、壓力傳感器模塊、紅外模塊、GSM模塊等構成[3]。為節約能耗，采用太陽能供電。當紅外傳感器探測到有人或物體靠近時，發送信號給單片機，垃圾桶指示燈亮起，液晶顯示屏可用于提供垃圾分類信息、桶內垃圾是否裝滿等基本信息，用LED燈的不同變化來表征該智能垃圾桶目前正處于怎樣的狀態。

由圖1可知，當桶內垃圾高度達到定量時，系統即向GSM模塊發送指令，傳送消息給管理人員，使管理人員能夠明確獲知哪個垃圾桶需要清理。垃圾桶內垃圾信息的判斷主要可通過2個指標來評定與衡量：高度與重量。當所裝廢棄物的高度達到規定值時，就要判斷廢棄物的重量，如果此時重量也達到規定值，說明垃圾桶已滿。雙重指標的運用可以避免所裝物體體積龐大、且具有彈性的狀況，從而有效降低了資源的損耗。具體地，高度的判斷是通過超聲波測距的方法來計算實現[4]，重量的判斷將通過壓力傳感器來設計實現[5]。紅外模塊主要是判斷是否有人靠近，而通過GSM模塊則是向中央控制中心發送報警信息。

[BT4]2系統硬件電路設計

本系統以STC89C52單片機為核心，STC89C52采用Flash存儲器技術，制造成本低，并且軟、硬件可與MCS-52完全兼容。該單片機不僅成本經濟，而且系統體積小巧，可靠性高，因而適合諸多嵌入式控制領域的研究應用。系統的整體原理可如圖2所示。

[BT5]2.1顯示模塊

本次設計采用LCD12864顯示模塊，12864漢字圖形點陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內置8 192個中文漢字（16X16點陣）、128個字符（8X16點陣）及64X256點陣顯示RAM（GDRAM）。與單片機可以采用并行接口，也可以采用串行接口。本次設計中采用了8位并行接口，利用單片機的P0口得到實現。[FL）]

2.2紅外傳感器模塊

本次設計所使用的HC-SR501是基于紅外線技術的自動控制模塊，采用LHI778探頭設計，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式，廣泛應用于各類自動感應電器設備。當有人進入其感應范圍則輸入高電平，人離開感應范圍則自動延時關閉高電平，輸出低電平。5 V供電，當人靠近時，傳感器內的感應模塊探測到人的活動后控制LED燈的亮滅，可方便管理人員真實了解人群動向[6]。

[BT5]2.3超聲波測距模塊

本次設計使用US-100超聲波測距模塊實現測距處理。US-100 超聲波測距模塊可實現 2 cm～4.5 m的非接觸測距功能，擁有 2.4～5.5 V 的寬電壓輸入范圍，靜態功耗低于2 mA，自帶溫度傳感器對測距結果進行校正，同時具有GPIO、串口等多種通信方式，并內置看門狗，工作穩定可靠。

[BT5]2.4壓力傳感器模塊

模塊中涉及的所用壓力傳感器采用集成電路HX711，是一款專為高精度稱重傳感器而設計的24位A/D 轉換器芯片，具有兩路模擬通道輸入，內部集成128倍增益可編程放大器。輸入電路可配置為提供橋壓的電橋式（如壓力、稱重）傳感器模式，可精準測定垃圾總重量。

[BT4]3系統軟件設計

本系統軟件設計可分為主程序和各模塊子程序，主程序的重要功能是完成對各模塊的初始化，各模塊子程序的實現功能可做如下解析。

[BT5]3.1超聲波測距程序設計

本設計采用串口通信方式，在此模式下只需要在Trig/TX管腳輸入0X55（波特率9 600），系統便可發出8個40 KHz的超聲波脈沖，然后檢測回波信號。當檢測到回波信號后，模塊即需啟動溫度值的測量，此后則根據當前溫度對測距結果進行校正，而校正后的結果將通過 Echo/RX管腳控制輸出。輸出的距離值共占2個字節，第一個字節是距離的高8位（HData），第二個字節為距離的低8位（LData），單位為mm。即距離值為（HData*256 +LData）mm。

[BT5]3.2壓力傳感器程序設計

在本次研發中，設計了使能AD的關鍵作用。當PD_SCK 置低，表示AD轉換未結束則等待，否則開始讀取，PD_SCK 置高（發送脈沖），下降沿來時變量Count左移一位，右側補零，PD_SCK 置低，第25個脈沖下降沿來時，轉換數據。經計算可知傳感器供電電壓約為4.3 V，經過傳感器輸出后，128倍增益再轉換24 bit數字信號，即可得出利用AD值反向轉換重力值的計算公式如下：

Weight_Shiwu=（unsigned long）（（float） Weight_Shiwu/429.5）[JY]（1）

3.3顯示模塊程序設計

本設計中，PSB腳為12864的串、并通訊功能切換，使用8位并行接口，PSB=1。初始化后啟動等待，直至LCD進入工作狀態，寫數據時RS置“1”，RW置“0”，數據寫入后，置位使能信號，讀數據時也與這一過程同理類似。

4結束語

本文研發設計了一種環保型智能垃圾桶，可以實現人至燈亮、測距、測重等強大功能，而且通過LCD顯示還能明確提供垃圾分類、垃圾總重量等重要信息。在后續設計中擬將進一步加入太陽能供電[7]、報警及語音電路等其他功能，可以預期該款產品的應用前景十分廣泛，且必將具有實際可觀的技術應用價值。

參考文獻：

[1]周慧珺，許錦標. 新型智能垃圾桶的設計方案[J]. 廣東工業大學學報， 2006，23（3）：85-88，94.

[2] 范立南，白志強. 基于單片機的智能垃圾桶系統設計[J]. 儀器儀表用戶， 2008（6）：16-17.

[3] 董玉華，孫炎輝，馬彪. 基于嵌入式的智能家居監控系統設計[J]. 數字通信，2013，40（3）：91-94.

[4] 郭勁松，曹江濤，李欣，等. 基于多傳感器信息融合的避障循跡機器人設計[J]. 智能計算機與應用， 2011，1（2）：69-72.

[5] 彭軍. 傳感器與檢測技術[M]. 西安：西安電子科技大學出版社，2003.

[6] 王迪，李世明. 智能家庭安防預警系統的設計[J]. 智能計算機與應用，2016，6（2）：62-63，66.

[7] 戴禮驍，蔣陳苗，薛兵兵，等. 太陽能智能垃圾桶的設計[J]. 電子技術，2013（12）：33-34.[ZK）]