全自動垃圾桶設(shè)計淺談

鄭曉義+邱野

摘 要：全自動垃圾桶具有如下幾種功能：自動開合、檢測分類、壓縮存儲、垃圾袋封口、垃圾推送和換袋步驟的全自動操作。樣機由檢測模塊、分類模塊、壓縮模塊、封口推送模塊以及自動換袋模塊組成，采用剪式機構(gòu)、收口機構(gòu)、皮帶傳動機構(gòu)等機械結(jié)構(gòu)，融合了紅外感應(yīng)傳感器、金屬傳感器等傳感器信號，采用典型STC89C51芯片控制，將各傳感器所收集到的信號處理分析，控制各個步進電機帶動相應(yīng)機構(gòu)運動，實現(xiàn)垃圾桶自動開合、檢測分類、壓縮儲存、封口推送、自動換袋等功能。

關(guān)鍵詞：全自動垃圾桶；模塊實現(xiàn)

1 前言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人類生活水平的提高，各式各樣的垃圾在增多，對環(huán)境影響越來越嚴(yán)重，人類的日常生活和健康受到越來越大的困擾，傳統(tǒng)的垃圾收集方式已不能滿足現(xiàn)實生活的要求。雨天，無蓋垃圾桶無法實現(xiàn)防雨，導(dǎo)致垃圾難處理，若采用有蓋垃圾桶，人們又不愿去開蓋丟垃圾；夏天，垃圾沒有及時打包處理，異味漫天，影響人類的生活質(zhì)量。另外，對于傳統(tǒng)的垃圾處理，大多是環(huán)衛(wèi)工人進行打包、換袋處理，既不衛(wèi)生也不健康。當(dāng)下的一些垃圾桶只能實現(xiàn)半自動或部分自動化處理，需要人工的干預(yù)，沒有實現(xiàn)真正意義上的全自動化功能。據(jù)此，本文提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)自動開合、檢測分類、壓縮儲存、封口推送、自動換袋等功能的垃圾桶。

2 總體方案

實現(xiàn)功能：當(dāng)有人靠近垃圾桶丟垃圾時，紅外傳感器感應(yīng)實現(xiàn)自動開合；垃圾入桶后金屬傳感器檢測是否為金屬垃圾，實現(xiàn)金屬和其他垃圾的分類；垃圾進入垃圾袋后，進行壓縮，減小占空比；當(dāng)檢測到垃圾袋已裝滿時，實現(xiàn)自動封袋，并將封袋的垃圾自動推送，換上新的垃圾袋。

3 各模塊實現(xiàn)

該全自動垃圾桶的實現(xiàn)，需要通過程序的編寫控制硬件電路借助于機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)

3.1 機械結(jié)構(gòu)

樣機的機械結(jié)構(gòu)相對于基本外部框架，其實現(xiàn)開合、分類、壓縮、收口推送、自動換袋等功能的結(jié)構(gòu)更為重要。樣機開合機構(gòu)選擇皮帶傳動機構(gòu)，通過紅外傳感器檢測是否有人會靠近，將此信號送給電機實現(xiàn)電機啟動旋轉(zhuǎn)，進而將電機旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為桶蓋的開合運動。垃圾檢測分類的重點在于垃圾的檢測，金屬傳感器的檢測信號作為分類機構(gòu)的動力，其分類機構(gòu)通過擋板旋轉(zhuǎn)即可實現(xiàn)；樣機壓縮機構(gòu)綜合安裝位置、壓縮效果、機構(gòu)復(fù)雜程度等因素，選用剪式機構(gòu)來實現(xiàn)垃圾桶內(nèi)的壓縮功能；收口采用收口機構(gòu)實現(xiàn)，推送功能由電動機傳送；自動換袋用電機帶動卷紙筒，將新垃圾袋運送到中間位置。

3.2 控制部分硬件電路設(shè)計

樣機采用典型STC89C51 型單片機，將紅外感應(yīng)傳感器和金屬傳感器所獲取的數(shù)據(jù)處理分析，控制電機運轉(zhuǎn)，帶動皮帶傳動機構(gòu)實現(xiàn)垃圾桶自動開合、擋板旋轉(zhuǎn)檢測分類、壓縮機壓縮存儲等主要功能。收口機構(gòu)、推送以及自動換袋功能的實現(xiàn)均是由單片機產(chǎn)生信號實現(xiàn)控制。

3.3 軟件程序設(shè)計

本設(shè)計在Keil 環(huán)境中采用C 語言編程，借助于單片機的中斷，串并口，設(shè)計軟件程序來實現(xiàn)紅外感應(yīng)、金屬探測、電機驅(qū)動調(diào)速等相應(yīng)功能。

4 實現(xiàn)過程可能存在的問題

該方案在實現(xiàn)的過程中，會有一些問題的存在，例如雨天時如何防雨，紅外檢測如何解決，自動換袋時，如何成功把垃圾袋打開并放到合適位置等。

4.1 雨天如何防雨

我們可以采用在垃圾桶側(cè)面開門的方式有效實現(xiàn)防雨，另外垃圾桶的材料可以使用防雨材料。

4.2 紅外檢測如何實現(xiàn)

4.2.1人體感應(yīng)開關(guān)

人體感應(yīng)類開關(guān)又叫熱釋人體感應(yīng)開關(guān)或紅外智能開關(guān)。它是基于紅外線技術(shù)的自動控制產(chǎn)品，當(dāng)人進入感應(yīng)范圍時，專用傳感器探測到人體紅外光譜的變化，自動接通負(fù)載，人不離開感應(yīng)范圍，將持續(xù)接通；人離開后或在感應(yīng)區(qū)域內(nèi)長時間無動作，延時自動關(guān)閉負(fù)載。人體紅外感應(yīng)開關(guān)的主要器件為人體熱釋電紅外傳感器，人體體溫一般在36--37度，會發(fā)出特定波長的紅外線，被動式紅外探頭就是探測人體發(fā)射的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的9.5um紅外線通過菲涅爾鏡片增強聚集到紅外感應(yīng)源上，紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能觸發(fā)開關(guān)動作。

4.2.2接近開關(guān)

接近開關(guān)是一種無需與運動部件進行機械直接接觸而可以操作的位置開關(guān)，當(dāng)物體接近開關(guān)的感應(yīng)面到動作距離時，不需要機械接觸及施加任何壓力即可使開關(guān)動作，從而驅(qū)動直流電器或給計算機（plc）裝置提供控制指令。接近開關(guān)是種開關(guān)型傳感器（即無觸點開關(guān)），它既有行程開關(guān)、微動開關(guān)的特性，同時具有傳感性能，動作可靠，性能穩(wěn)定，頻率響應(yīng)快，應(yīng)用壽命長，抗干擾能力強，并具有防水、防震、耐腐蝕等特點。產(chǎn)品有電感式、電容式、霍爾式、交、直流型，廣泛地應(yīng)用于機床、冶金、化工、輕紡和印刷等行業(yè)，在自動控制系統(tǒng)中可作為限位、計數(shù)、定位控制和自動保護環(huán)節(jié)等。

5 總結(jié)

全自動垃圾桶采用多種傳感器檢測相應(yīng)的控制信號，配合51單片機實現(xiàn)了桶蓋開閉、垃圾壓縮、垃圾袋封口、垃圾推送和換袋操作的全自動化作業(yè)，實現(xiàn)了垃圾桶的真正的全自動智能化，與普通垃圾桶相比，避免了工作人員與垃圾的直接接觸，更加衛(wèi)生；工作人員只需隔一段時間安放垃圾袋卷并提走打包好的垃圾袋，省時省力。

參考文獻

[1]沈紅衛(wèi) 基于單片機的智能系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 電子工業(yè)出版社 2005

[2]蔣伍 智能垃圾收集箱設(shè)計 科技風(fēng) 2016