基于物聯(lián)網(wǎng)的舊衣物回收系統(tǒng)的研究

劉宇昂，翟娟，劉雅棋，徐敏

（揚州大學(xué)廣陵學(xué)院，江蘇 揚州 225000）

0 引言

目前國內(nèi)對于環(huán)境的保護(hù)相當(dāng)?shù)闹匾暎f衣物的處理成為了一個大大的難點，目前的平臺捐贈出現(xiàn)了不方便、信息不公開、不普及等問題，將物聯(lián)網(wǎng)與舊衣物的收集結(jié)合起來是目前國內(nèi)尚未實行的辦法，既可以讓各大紡織廠得到更多的經(jīng)過明確分類的材料進(jìn)行回收處理降低了材料的成本，使企業(yè)獲得更大的利潤，同時也更加完善了舊衣物的捐贈系統(tǒng)將更多干凈的衣物更有效的運送到貧困地區(qū)的需要的人手中，最主要的是對垃圾的分類起到了很大的作用將分揀后不可再生的衣物進(jìn)行分類后運送至環(huán)保企業(yè)進(jìn)行綠色降解，避免對大氣、土壤和地下水污染。本文研究的目的是利用AT89S52單片機(jī)作為核心，采用光電傳感器對衣物的發(fā)霉變質(zhì)程度進(jìn)行檢測，將發(fā)霉的衣服與正常衣物進(jìn)行分開，發(fā)霉的衣物進(jìn)入處理箱進(jìn)行回收，正常的衣服落入捐贈箱進(jìn)行清潔消毒，在通過濕度傳感器實時監(jiān)測回收箱里的濕度以免衣服發(fā)霉，在兩個箱子的底部加入重力傳感器通過LCD顯示器顯示箱子中衣物的多少，在裝滿衣物后指示燈變紅，再將數(shù)據(jù)傳輸至物聯(lián)網(wǎng)通過手機(jī)app發(fā)送信息給相關(guān)的人員進(jìn)行回收處理，將衣物的回收捐贈路徑更加的透明化、信息化。

1 系統(tǒng)的組成框架

該系統(tǒng)由（如圖1）單片機(jī)、衣物濕度傳感器、重力傳感器模塊、光電傳感器模塊、LCD顯示模塊、繼電器模塊、殺菌模塊、wifi模塊，WiFi模塊我們采用嵌入式UART-WiFi模塊HLK-M35該模塊可以實現(xiàn)回收箱和手機(jī)app之間的交互通過對回收箱里各種數(shù)據(jù)的監(jiān)測實時傳輸給手機(jī)app，該系統(tǒng)主要是用于讓用戶可以通過wifi的方式實時方便的了解回收箱里的信息（傳感器檢測到的溫濕度、發(fā)霉衣物數(shù)量、衣物的重量等）；二是設(shè)備控制功能，用戶打開app 點擊操作就可以實現(xiàn)對設(shè)備的通斷電、控制LCD顯示屏、以及對殺菌模塊自主殺菌的控制、還可以對回收箱里的溫濕度進(jìn)行改變，同時可以將檢測數(shù)據(jù)上傳至物聯(lián)網(wǎng)使以后的檢測更加精準(zhǔn)。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 主控模塊

因為我們設(shè)備所需要模塊的性能我們選擇AT89S52單片機(jī)作為主控單元，AT89S52是高性能的CMOS8位微控制器并且內(nèi)部擁有8K可編程 Flash存儲器。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。單片機(jī)系統(tǒng)通過各傳感器給出的信息，及時將接受到的信息進(jìn)行處理并將結(jié)果再傳送到各個端口，實現(xiàn)既定的控制功能，以滿足所需性能指標(biāo)。AT89S52的具體功能如下：

（1）8位的CPU，片內(nèi)有晶振和時鐘電路，工作頻率為0～24MHZ；（2）片內(nèi)有256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器RAM；（3）片內(nèi)有8K字程序存儲器ROM；（4）4個八位的并行I/O口（P0、P1、P2、P3）；（5）1個全雙工串行通訊口；（6）擁有3個16位定時器/計數(shù)器（T0、T1、T2）；（7）可處理6個中斷源，兩集中斷優(yōu)先級。

AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，有節(jié)電模式可供兩種軟件選擇。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。所以單片機(jī)的各項數(shù)據(jù)滿足回收箱所使用的要求。

2.2 反射式光電傳感器電路

該回收箱系統(tǒng)用的ST188反射式紅外光電傳感器，ST188反射式紅外光電傳感器采用發(fā)射功率高的紅外光電二極管還有靈敏度高的光電晶體管一同組成，通過對衣服上反光霉點的多少大致判斷出衣物發(fā)霉變質(zhì)的程度，判斷出黑點所占面積多的發(fā)霉嚴(yán)重的衣服就被分入處理箱，具體流程圖如圖2。

圖2 硬件系統(tǒng)工作流程

根據(jù)反射式紅外光電傳感器的原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，我們可以設(shè)計上面的電路，

電阻在其中主要起限流作用。這樣紅外射線反射被接收管收到，紅外接收頭收到信號導(dǎo)通，E管腳輸出高電平，接近Vcc；如果沒有接收到反射回來的紅外線，紅外接收頭則不導(dǎo)通，E管腳輸出低電平，接GND。

在回收箱的實際應(yīng)用中我們可以采用鍵盤掃描管角的方式來進(jìn)行確定其輸出的電平高低。

圖3 ST188電路圖

2.3 溫濕度檢測電路

在回收箱中對溫濕度監(jiān)測的模塊我們采用的是DH11溫濕度傳感器，DHT11溫濕度傳感器可以用來測量回收箱內(nèi)的衣物所處環(huán)境的相對濕度與溫度，根據(jù)相對的濕度和溫度來判斷衣物的大致環(huán)境和情況，通過數(shù)字輸出方式，具有信號傳輸距離長且功耗不是特別高的特點。該傳感器利用了單片機(jī)的單總線通信協(xié)議，與STC89C52單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換由此單總線完成。單總線外通常接一個4.7kΩ的上拉電阻，與單片機(jī)相應(yīng)端口連接，上拉電阻在總線為空閑時將它拉倒高電平。

圖4 DH11溫濕度傳感器電路圖

2.4 壓力傳感模塊電路

壓力傳感模塊主要用于測量回收箱中衣物的多少所以該模塊我們采用一個組裝式的電子秤來進(jìn)行工作，當(dāng)電子秤達(dá)到最大量程時繼電器關(guān)閉設(shè)備箱的大門，電子秤的工作原理：通過對回收箱內(nèi)衣物重量的檢測接受相應(yīng)的壓力電信號。輸出的電壓信號通常不是很大并不好直接測量，所以我們需要講過A/D放大電路處理過后將放大的電壓信號傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，再經(jīng)過單片機(jī)接收到電壓信號從而控制譯碼所對應(yīng)的顯示器，從而顯示出被測量的衣服的重量。在回收箱中，為了減少外界環(huán)境對數(shù)據(jù)精度產(chǎn)生的影響，需要在A/D芯片和所對應(yīng)的傳感器之間加入調(diào)整電路。前端信號在進(jìn)行處理時，選用放大還有A/D轉(zhuǎn)換的措施，然后在顯示數(shù)據(jù)的方面最好選擇LCD顯示器能更好的表達(dá)回收箱中的數(shù)據(jù)。這樣加強(qiáng)了使用者和回收箱之間的聯(lián)系，而且滿足設(shè)計要求。然后LCD顯示屏接收到之前經(jīng)過我們一系列放大處理過之后的信號之后顯示出來，現(xiàn)實方案原理圖如下所示：

圖5 A/D放大電路結(jié)構(gòu)圖

在所用到的傳感器部分我們選用電阻應(yīng)變式傳感器，電阻應(yīng)變式傳感器利用受到外界力量影響時發(fā)生一定的機(jī)械變形其阻值發(fā)生了變化產(chǎn)生的力學(xué)信號變?yōu)榱讼鄳?yīng)的可以被接收的電信號。我們稱它這種原理為基于材料的“應(yīng)變效應(yīng)”，電阻應(yīng)變片即可單獨作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學(xué)量傳感器。在衣物測量中我們需要用到測量精度比較高的傳感器因此我們使用的是L-PSIII型傳感器它的使用精度為0.01%，滿量程時誤差±0.002Kg，具有量程20Kg，滿足回收箱所需的精度要求。

前級放大器部分放大器的輸入信號通常是由傳感器輸出的。傳感器的輸出信號有電平低且內(nèi)阻高的特點，通常還伴有比較高的共模電壓。所以我們對相應(yīng)的放大器有如下幾個要求：

（1）信號源內(nèi)阻應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于輸入阻抗。不然放大器所測電壓會有一定的差距；（2）因為共模電壓較高，因此需要較高的抗共模電壓干擾的能力；（3）必須滿足并保證放大器所具有的輸出性能的穩(wěn)定性；（4）可以將滿足上述要求的電路作為附加電路。

綜合上面的分析在AD轉(zhuǎn)換器方面我們最好選擇雙積分型的AD轉(zhuǎn)換器。雙積分型A/D是一種間接型A/D轉(zhuǎn)換器，輸入未知電壓時雙積分型的AD轉(zhuǎn)換器會對輸入的電壓進(jìn)行積分和返積分兩次測量讓計數(shù)值更加的精準(zhǔn)，則輸入電壓與電壓積分時間成正比。輸入電壓越大，反向積分的時間就相應(yīng)的越長。用高頻率時鐘脈沖來測量標(biāo)準(zhǔn)電壓積分時間，即可得到輸入電壓對應(yīng)的數(shù)字代碼。作為對回收箱中衣服進(jìn)行測量的系統(tǒng)，系統(tǒng)對AD的轉(zhuǎn)換速度并沒有太大的要求，14位精度的AD就可以滿足其要求。在抗干擾方面雙積分型的A/D轉(zhuǎn)換器也非常的出色，差分輸入也十分精確。在分析了以上數(shù)據(jù)后綜合回收箱里的具體情況，最終我們選擇了精度較高的ICL7135。

圖6 信號濾波放大圖

2.5 無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計

我們利用無線WiFi模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，通過篩選我們最終選擇用海凌科電子公司的嵌入式UART-WiFi模塊 HLK-M35。該模塊的特點介紹如下：①體積很小便于安裝，大小只有25mm×18mm×3mm；②支持802.11 b/g/n協(xié)議支持WIFI加密方式WEP/WPA-PSK/WPA2-PSK/TKIP/AES等；③在單片機(jī)上可以連接普通的串口使用，不用下載任何驅(qū)動；④局域網(wǎng)內(nèi)它也支持搜尋網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行查找該模塊；⑤可以用 APP控制模塊連接普通無線路由器。

通過以上的特點我們可以得出該模塊十分有利于在回收箱上進(jìn)行安裝，且具有更廣泛的功能和更長的壽命和更便于安裝的體積。我們將HLK-M35作為AP熱點方便手機(jī)app與其直接相連從而進(jìn)行控制。

單片機(jī)收發(fā)端相應(yīng)的串口交叉連接HLK-M35模塊的RX及TX端。

2.6 殺菌模塊和LCD顯示

該模塊主要接受重力傳感模塊和溫濕傳感模塊的數(shù)據(jù)由噴淋電路、殺菌箱組成，對重力傳感模塊達(dá)到最大量程時，繼電器打開捐贈箱上方的殺菌箱投放其中的樟腦丸，噴淋電路包括繼電器與噴淋檢測到樟腦丸投放后噴灑消毒液，通過溫濕傳感器傳來的數(shù)據(jù)由噴淋電路來改變箱內(nèi)的濕度，箱內(nèi)的內(nèi)壁采用隔熱材料制作防止箱內(nèi)溫度過高，利用溫濕傳感器將衣物回收箱中的溫度控制在<30℃、相對濕度控制在<80%，從而保證衣服在回收箱中不管遇到任何環(huán)境因素都不會發(fā)霉變質(zhì)。

圖7 噴淋電路原理圖

我們選用的LCD液晶顯示屏以其體積小、功耗低、且顯示功能齊全的特點被我們所接受，在我們所設(shè)計的舊衣物回收箱上可以起到非常不錯的作用。系統(tǒng)運行時，只要向LCD輸出相應(yīng)的命令它就會顯示出相應(yīng)的數(shù)據(jù) 。LCD的引腳圖如下圖：

圖8 LCD的引腳圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

該智能系統(tǒng)分為光電感應(yīng)信息采集功能、溫濕度信息采集功能、壓力電子秤、信息采集功能、lcd顯示功能、按鍵切換功能，光電感應(yīng)信息采集功能：回收箱采用衣服單件放入，通過光電傳感器照射，反射霉菌多的認(rèn)定為發(fā)霉的衣物掉入處理箱，霉菌很少或者沒有的就掉入捐贈箱進(jìn)行消毒處理，同時也能判斷衣物的數(shù)量。溫濕度采集功能:對溫濕度芯片送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行判斷和顯示，然后根據(jù)濕度值的大小確定是否進(jìn)行加濕和消毒動作。LCD顯示:向LCD送溫度、濕度、壓力、衣服數(shù)量等數(shù)據(jù)，經(jīng)過單片機(jī)的分析，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示。壓力電子秤信息采集功能：對放入回收箱中的衣服進(jìn)行稱重，在達(dá)到之前設(shè)定的最大量程后繼電器停止對新來衣物的接收并且LED上顯示FULL。在回收箱上的按鍵切換功能：使用芯片ZLG7289它與微處理器的通訊方式我們選擇了串行通訊的方式,將數(shù)據(jù)通過對應(yīng)的數(shù)據(jù)引腳串行輸入芯片，將其和對應(yīng)的時鐘端同步。當(dāng)片選信號變?yōu)榈碗娖胶螅珼ATA引腳上的數(shù)據(jù)在CLK引腳的上升沿被寫入ZLG7289的緩沖寄存器。電路圖如下圖：

圖9 鍵盤控制電路圖

單片機(jī)系統(tǒng)通過對芯片連接單片機(jī)的引腳進(jìn)行鍵盤式的檢測方式，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)監(jiān)測到有低電平產(chǎn)生后ZLG7289便會檢測到系統(tǒng)有按鍵按下同時將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行處理，查詢法和中斷法通常為單片機(jī)進(jìn)行掃面處理的兩種方式。查詢的方式消耗的時間太多占用了單片機(jī)很多不必要的空間，所以我們采用的是中斷的方式。鍵盤控制這個模塊主要是用來方便管理者對回收箱可以進(jìn)行手動的調(diào)整和改進(jìn)，同時在wifi模塊失靈的情況下也可以控制回收箱進(jìn)行自己的功能然后通過鍵盤切換你想知道的各種箱內(nèi)的信息并設(shè)定合適的數(shù)據(jù)，以及對回收箱內(nèi)的響應(yīng)功能數(shù)據(jù)進(jìn)行改變，當(dāng)然這些也可在手機(jī)app上進(jìn)行操作。主設(shè)備運行的主流程圖如下：

圖10 主設(shè)備運行流程圖

本文采用安卓系統(tǒng)手機(jī)作為上位機(jī)，開發(fā)的手機(jī)APP具備三種功能：建立與服務(wù)器連接，在手機(jī)界面查看回收箱內(nèi)衣服數(shù)量、溫度、濕度等信息，同時通過對app的控制也能完成對設(shè)備電力的通斷從而一定的達(dá)到節(jié)能的目的，同時app會分為用戶端和管理端方便對回收箱的運作一起監(jiān)控進(jìn)行合理的分配管理。

首先我們利用Photoshop來進(jìn)行對手機(jī)app的用戶界面的設(shè)計，采用Java軟件對app與單片機(jī)WiFi無線模塊間的鏈接進(jìn)行編程設(shè)計，從而實現(xiàn)app與回收箱之間的聯(lián)系。

4 系統(tǒng)的實現(xiàn)

該項目我們使用Proteus繪制該智能系統(tǒng)的電路原理圖，在 Keil C軟件進(jìn)行相關(guān)主要的程序編程以及程序的測試，用Java制作手機(jī)app等，從而確定系統(tǒng)設(shè)計的各項功能。

控制系統(tǒng)的功能接通電源后，通過鍵盤輸入指定的密碼系統(tǒng)開始運作，等到LCD顯示full時管理者端會收到相應(yīng)的打開密碼輸入取出的密碼取出里面的衣服將用于捐贈的衣服送到有需要的地區(qū)，并且將用于回收處理的衣服運送到相應(yīng)的企業(yè)進(jìn)行處理。單片機(jī)也會將收集到的信息通過手機(jī)app實時傳到物聯(lián)網(wǎng)上，能讓我們更好的對衣物進(jìn)行分類處理。

5 設(shè)計的服務(wù)理念

在我們現(xiàn)在告訴發(fā)展的日常中生活垃圾的處理被越來越多人所重視而在這其中衣服的回收和再利用成為了人們?nèi)粘Ｉ钪幸粋€不可或缺的煩惱，由于現(xiàn)在我國現(xiàn)有的很多舊衣回收捐贈系統(tǒng)并不完善且并不普及導(dǎo)致很多人對舊衣物的處理問題十分頭疼，因此本文的設(shè)計通過對現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運用通過與手機(jī)app這種現(xiàn)代人所能接受的方式相結(jié)合使更多的人更能找到一條有效且環(huán)保的處理自己不需要的衣物的道路同時單片機(jī)結(jié)合傳感器的設(shè)計理念讓該設(shè)備在實際運用中的投入并不高并且和物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合也更符合現(xiàn)在大數(shù)據(jù)背景下的科技理念讓信息的收集更加的方便、透明化、公開化，本文中的設(shè)計同時也十分的人性化，在許多的現(xiàn)有小區(qū)或?qū)W校的門口都可以設(shè)立相應(yīng)的回收箱，在它消耗不大能源的同時可以讓人們很好的注意到它并且利用的，不用讓人們花大量的時間去了解他，操作也十分的方便，產(chǎn)品可以由環(huán)保企業(yè)來進(jìn)行經(jīng)營，將控制的權(quán)限和用戶的權(quán)限分開，這樣普通的用戶只能查詢到回收箱中的狀態(tài)，而管理者可以將其關(guān)閉或者開啟和關(guān)閉它的消毒清潔的功能，能使人更加的放心，并且也提供了相應(yīng)的崗位給需要的人，不能用來捐贈的衣物也能運送給環(huán)保企業(yè)來進(jìn)行回收再利用，或者分類給環(huán)保廠進(jìn)行降解處理，既增加了環(huán)保企業(yè)的產(chǎn)值由對環(huán)境也起到了一定的保護(hù)作用，產(chǎn)品的不足之處也能在實踐的過程中不斷地改善，對衣服進(jìn)行分類處理的數(shù)據(jù)上傳到互聯(lián)網(wǎng)也能讓更多人了解衣服分類的特點以及回收的去向也給未來更環(huán)保更加快捷的舊物回收處理捐贈提供了數(shù)據(jù)的保障。

6 設(shè)備投入市場的概想

將該設(shè)備投入進(jìn)入市場和對于如何將該設(shè)備更利于被人們接收投入使用并運用于市場我們將這個計劃分為以下部分：①與相應(yīng)的環(huán)保企業(yè)或公益組織取得聯(lián)系對衣物匱乏的地區(qū)或是需要回收處理衣物的回收廠進(jìn)行統(tǒng)計將數(shù)據(jù)統(tǒng)計進(jìn)入app中，更方便后期衣物的運送和處理；②通過微信公眾號的方式或者抖音平臺對該設(shè)計進(jìn)行宣傳，讓更多的人了解設(shè)計的運用理念也提高了人們對于舊衣物回收的積極性，以及對于環(huán)保意識的提升；③了解市場的需求先進(jìn)行小規(guī)模的投放根據(jù)用戶反映的數(shù)據(jù)和感想對設(shè)備的數(shù)據(jù)處理功能進(jìn)行進(jìn)一步的完善和提高，然后在進(jìn)行更大規(guī)模的投放以此收集來的數(shù)據(jù)不僅可以完善app平臺上傳到互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)，同時機(jī)器接收數(shù)據(jù)后也能讓我們將它更新的更為完善和方便讓人們更能容易的去接受它。

7 結(jié)論

本文設(shè)計了一種基于單片機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)的智能WiFi衣物回收系統(tǒng)，依據(jù)單片機(jī)為主控系統(tǒng)的本設(shè)計在供電方面十分的節(jié)能符合了當(dāng)代新能源背景下節(jié)約資源的理念該產(chǎn)品的運用群體主要是給公益群體使用，也能讓更多的人知道如何合理的去處理自己的舊衣物，讓舊衣服有地方可去，這樣的分類既促進(jìn)了環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，同時也為就衣的回收再利用行業(yè)提供了一個新的途徑。為以后更加先進(jìn)的舊物回收處理系統(tǒng)打下了基礎(chǔ)，也讓更多的人了解到舊衣回收的重要性。