基于STM32控制的自動分類垃圾回收箱設計

樊霄　郭福雁　高瑞　張衡

摘 要：文章主要介紹了基于STM32控制的自動分類垃圾回收箱的概要設計，該設計使用STM32進行控制，結合傳感器、鍵盤、太陽能板、LED光源、GSM模塊及進步電機等器件完成。自動分類垃圾回收箱設計的提出，對于未來智慧城市、生態城市的建設有重要的意義。

關鍵詞：垃圾回收箱；GSM模塊；STM32控制

中圖分類號：TH122 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）25-0020-02

隨著人口的增長與人們生活水平的提高，生活產品的多樣化導致生活垃圾的多樣化。基于STM32控制的自動分類垃圾回收箱有自動垃圾分類、短信反饋箱體容量、太陽能供電、夜間展示照明等功能。與傳統分類垃圾箱相比，其自動化程度高，使城市垃圾回收處理更高效環保。

1 自動分類垃圾回收箱機電傳動裝置的機械設計

機電傳動裝置是自動垃圾分類回收箱正常工作的基礎和重要組成部分。

絲杠選擇帶有42型步進電機，有效行程為400mm的T型絲桿線性直線導軌滑臺。帶有42型步進電機的T型絲杠導軌總長度400+155mm，有效行程400mm。當投入垃圾進過傳感器識別到達分類環節，垃圾檢測信號通過串口通信傳輸給STM32，STM32控制電機1帶動轉盤轉動到垃圾所對應的垃圾桶位置。電機1轉動到相應的位置時，STM32控制電機2轉動帶動絲杠將垃圾推向對應的垃圾桶里面。當垃圾推下時絲杠自動返回原來位置。

2 自動分類垃圾回收箱控制系統的構成

該自動分類垃圾回收箱的控制系統主要由太陽能蓄電池、傳感器、機械裝置、LED和GSM模塊構成，由芯片STM32進行控制。由太陽能板提供電能，各項傳感器對所投入垃圾進行檢測，將信號送給芯片以實現步進電機帶動旋轉裝置、推拉裝置實現垃圾的定向運動，將垃圾準確分類并投入垃圾回收箱中。

3 自動分類垃圾回收箱控制系統的設計

3.1 自主供電子系統的設計

自動分類垃圾回收箱的自主供電系統主要由單晶硅太陽能板、數顯控制器及硅能蓄電池組成。其中太陽能板選擇GHGN-D50WK，工作電壓為18V，輸出電流2.9A，光電轉換效率18%，輸出功率為50W。數顯控制器選擇GHGN-KZQ-01K，其作用是智能控制太陽能和蓄電池與負載的關系，保護電瓶防止過充過放，進行短路保護等。蓄電池選擇GHGN-12V20AH，可用壽命最長達到5年，電壓為12V，容量為20Ah，可以滿足整個系統的直流電需求。

當陽光充足時，太陽能板通過控制器給蓄電池充電，同時蓄電池工作，為系統的各個環節供電。若在夜間或者太陽光較弱的環境下，則由蓄電池直接使用白天存儲的電能進行供電。

3.2 分類檢測子系統的設計

本次設計所采用的金屬傳感器E30-15AO其工作電壓為直流6-24V，檢測距離為15mm，輸出方式為常開輸出，工作時與一個繼電器相連。當金屬接近金屬傳感器前方探頭時，其內部的常開開關閉合，使繼電器通電，其繼電器常開開關閉合形成回路，向STM32發送一個低電平信號。經過STM32處理，STM32端口發出一個低電平信號。該端口連接一個發光二極管的負極，其正極與電源相連構成回路。當低電平信號發出后，發光二極管被點亮，指示此物體為金屬。

在本設計中，使用兩對紅外對管來確定垃圾是否為塑料瓶罐。工作時與一個繼電器相連，當紅外對管的對射被物品遮擋時，紅外對管接收端內部的常開開關閉合，使繼電器通電，其繼電器常開開關閉合。當STM32接收到低電平信號后，經過STM32處理，STM32端口發出一個低電平信號。該端口連接一個發光二極管。當該端口發出一個低電平信號后，發光二極管被點亮，指示此物體為塑料瓶罐。

GY-33顏色識別傳感器工作電壓為3-5V，功耗小，體積小，安裝方便。此傳感器，有兩種方式讀取數據，即串口UART（TTL電平）或者IIC（2線）。串口的波特率有9600bps與115200bps可配置，有連續、詢問輸出兩種方式，可掉電保存設置。本設計使用的是MCU-IIC模式。IIC通信時鐘需在40Khz～200Khz之間，通過讀取相應寄存器即可，全部數據讀取間隔應小于10hz。顏色傳感器的DR、CT端口連接STM32的端口。STM32端口接發光二極管的負極，發光二極管的正極接3.3V電源。當該端口發出一個低電平信號后，發光二極管被點亮，指示此物體為果皮。

當垃圾進入垃圾檢測箱內時，金屬傳感器先行動作，檢測此垃圾是否為金屬，若是金屬則金屬指示燈亮起；若不是金屬，則由兩對紅外對管檢測此垃圾高度是否達到普通塑料瓶罐的高度，若是，則塑料瓶罐指示燈亮起；若不是塑料瓶罐，顏色傳感器開始檢測此垃圾是否為果皮，若其反饋的RGB.RED的值在400-600之間，則此垃圾為果皮，果皮指示燈亮起。否則為廢紙，該系統認為廢紙當以白色廢紙為主。

分類檢測子系統流程圖如圖1所示。

3.3 短信反饋子系統（GSM）的設計

該子系統由紅外對管，GSM模塊、STM32構成。紅外對管的主要功能為檢測各分類垃圾箱內的容量是否滿80%，若滿80%則向STM32發送一個低電平信號。其設計方法與分類檢測子系統中的設計方式相同。

當某個垃圾箱的垃圾達到箱容量的80%時，垃圾將紅外對管的對射擋住，STM32將接收到一個低電平信號，經處理，向GSM模塊發送一個信號，使GSM模塊向工作人員發送短信，提醒工作人員對垃圾箱內垃圾進行清理。為了防止投放垃圾時，紅外傳感器的對射被擋住，發送一個錯誤信號，所以設計時，紅外傳感器被擋住時間超多3秒，單片機才會給GSM模塊發出指令。

3.4 照明調節子系統的設計

本設計由STM32、WS2812、光敏電阻、4*4矩陣按鍵模塊等構成。

首先LED燈可以呈現不同模式的彩燈，然后通過按鍵來轉換彩燈模式，最后也可以通過光敏電阻來調控亮度。LED系統的控制核心采用ARM系列微處理器STM32，實現LED的智能控制。利用STM32的片外的ADC和驅動電路，實現光敏模塊根據光強改變系統亮度的功能，利用按鍵模塊的掃描法，達到確定按鍵被按下的位置，以及利用I/O口，將按鍵模塊與系統綜合，實現按鍵控制。

3.5 機械控制子系統的設計

當垃圾分類系統運行時，檢測系統單片機通過串口通訊將檢測的垃圾類別信息傳輸給驅動單片機STM32，驅動單片機發送指令控制步進電機，配合電機驅動器提供良好的電流和細分來驅動電機1帶動垃圾箱所在的轉盤到相應的分類垃圾多對應的垃圾箱位置。在此同時驅動單片機系統發出指令，通過串口通信，將信號發給電機驅動器，根據已經設定好的細分來驅動電機2帶動絲杠上的滑塊動作，通過滑塊帶動的推拉結構將分類的垃圾推放在相應的垃圾箱內。

4 結束語

本文所論述的內容，是從機械結構設計，智能化控制系統兩個方面進行研究討論的結果。日后隨著人口的增長與人們生活水平的提高，生活產品的多樣化必將導致生活垃圾的多樣化，相信該自動分類垃圾回收箱能夠使城市垃圾回收處理變得更加高效，也能將生態文明理念實踐于生活中。

參考文獻：

[1]Michael Reichenbach.Innovative LED Lighting Systems[J].ATZ world

wide，2016：53-55.

[2]王亞嬪，陶春鳴，甕嘉民.單片機原理及應用[M].成都：電子科技大學出版社，2015.endprint