基于STM32的智能垃圾分揀設備

(安徽理工大學 安徽 淮南 232001)

引言

垃圾一般是不被需要或無用的固體、流體物質。里面會包括各種物質，可能會出現紙張，玻璃，鐵制品，甚至還有毒物。大部分垃圾回收站對垃圾采取不回收的方式，直接進行處理，往往會對環境造成極大的影響。智能垃圾分揀設備通過機器分揀的方式一方面減少工人的使用，另一方面能有效地對垃圾進行分類，效率大大提高。對于不同種類的垃圾采取不同的處理方式，有利于保護我們賴以生存的環境。

一、垃圾分揀系統

該智能垃圾分揀設備可以將一大類的垃圾進行再次細分，大概可以對每大類垃圾進行四次細分。考慮到人們在丟垃圾是可能并不會按照分類規則進行分類，為了能夠達到很細致的垃圾分類，我們在每臺設備都附件一條其他垃圾的傳送帶，并可以將其另一臺智能分揀設備相連，進行再次分類，確保垃圾分類的準確性。

將從垃圾桶中的垃圾倒入主傳送帶入口處，在入口處將垃圾分散，以便后面分類。垃圾在傳送帶的作用下進入智能垃圾分揀設備，在設備入口安裝有一個線性CCD模塊，該模塊可以掃描垃圾的外貌特征，并將該特征信息送回STM32F103主控板，通過二值化算法，將采集到外貌特征跟內部的數據庫(該數據庫存放著不同種類的垃圾二值化信息)進行對比，當相似度達到75%即可進行判定，當判定成功后，由主控板驅使機械夾將符合條件的垃圾放到其對應的次傳送帶，從而完成垃圾分類。智能垃圾分類設備原理圖如下：

圖1 智能垃圾分類設備原理圖

二、主控制模塊

本系統的主控模塊為STM32F103。STM32F103內置閃存存儲器，可用于存放程序和數據。同時內置嵌套的向量式中斷控制器，能夠處理多達43個可屏蔽中斷通道和16個優先級。CRC計算單元使用一個固定的多項式發生器，從一個32位的數據字產生一個CRC碼，驗證數據傳輸和儲存的一致性。

該STM32F103模塊接收線性CCD模塊傳輸的圖像信號，并對該信號進行處理，即通過二值化算法，將該圖像信息與數據庫中的數據信息進行對比。當上述兩種信息相似度達到75%時，主控制模板驅動分揀機構中的機械夾，使其將符合條件的垃圾放入對應的次傳送帶，完成垃圾分揀任務。

三、線性CCD模塊

系統采用CPLD作為CCD的驅動電路，從而進行型號采集和A/D轉換。垃圾在傳送帶上傳送時，光線通過CCD前端的光學系統作用在CCD的感光區域上，對于不同強度的光，CCD中的各個像元可以產生不同大小的模擬電流信號，并且CPLD產生驅動時序，使CCD將上述電流信號串行移位輸出。CCD輸出模擬電荷后，對輸出的信號進行放大，并進行模數轉換，轉化成相應的數字量，并存到存儲器中，為后面的數據處理作準備。并且CPLD還產生AD轉換器的時鐘控制信號，從而與其產生的驅動信號相匹配，確保AD轉換的結果正確。[1]

CCD的驅動模塊根據計數器的值來控制輸出型號。該計數器的計數值隨著脈沖遞增，在計數器的數值不同時，驅動各個信號產生不同的變化，當計數器計滿溢出時，便從零開始。這樣便通過計數器的不斷循環，產生了驅動時序，驅動CCD模塊的工作。

四、分揀機構與傳送裝置

圖2 機械夾流程圖

分揀機構是由四部分組成：傳送帶、圖像識別器、機械夾、動力部分。前端連接定量輸送裝置，通過圖像識別裝置將輸送來的生活垃圾進行分類，主控板驅使機械夾將符合條件的垃圾放到其對應的次傳送帶進行分類回收。[2]動力部分采用微型齒輪減速機和直流馬達組合，與旋轉齒盤通過齒輪傳動，帶動旋轉齒盤運轉。[3]

機械夾的工作流程如圖2所示。機械夾啟動后，按照一定的路徑進行運動，并且CCD模塊進行數據采集，當采集信息與數據庫里的信息相似度達到75%時，履帶停止運動，超聲測距轉化為坐標，機械夾抓取垃圾到相應的次傳送帶，一次抓取任務便結束。[4]

五、結語

本文介紹了基于機器視覺的智能垃圾分揀設備，通過線性CCD模塊完成垃圾種類識別，并利用機械臂完成垃圾的拾取、放置。該設備完成了垃圾有效分類和資源回收利用的兩大任務，很好的保護了環境，實現可持續發展。