干濕垃圾自動分類裝置

◇寶雞文理學院機械工程學院 張起瑞 李森 劉貝貝 李海亮 董念

本文設計研發一種精確高效的干濕垃圾自動分類裝置，其可實現對干濕垃圾的智能化、自動化分揀作業，提高對干濕垃圾的資源利用率。本設計通過傳感器檢測進行自動分類、檢測溢滿、滅菌功能，實現自動化的智能垃圾桶。

1 引言

2017年3月18日，國務院辦公廳《關于轉發國家發展改革委、住房城鄉建設部生活垃圾分類制度實施方案的通知》，隨著經濟社會發展和物質消費水平大幅提高，我國生活垃圾產生量迅速增長，環境隱患日益突出，已經成為新型城鎮化發展的制約因素。遵循減量化、資源化、無害化的原則，實施生活垃圾分類，可以有效改善城鄉環境，促進資源回收利用，加快“兩型社會”建設，提高新型城鎮化質量和生態文明建設水平。

目前的垃圾60%以上都是濕垃圾，也叫有機質垃圾或者易碎易腐垃圾。如果不將濕垃圾單獨分出來，混在其它垃圾中，既會降低肥料品質，還會污染到可回收物。另外一方面，干垃圾的最終處理方法是焚燒，一旦混入濕垃圾就會導致燃點不夠高，最終燃燒不充分，產生有毒氣體，降低焚燒效率。由此可見，為了便利垃圾回收，提高效率，干濕垃圾分開定是必然。

2 設計思路

智能干濕垃圾分類主要以單片機為主，根據垃圾桶所需要的功能，需對傳感器進行程序設置，通過紅外傳感器進行掃描桶蓋上方，檢測是否有物體靠近，若有，則將紅外傳感器信號發送給單片機進行處理，啟動電機模塊打開桶蓋，物品進入托盤，此時壓力傳感器開始運行，此前通過程序設置壓力傳感器的初始值（包含托盤的重量），當重量等于初始值，壓力傳感器發出信號給單片機，進而控制電機模塊關閉桶蓋，當重量大于初始值，啟動溫濕度傳感器，傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機連接，檢測物品溫濕度是否超過程序設定臨界值，當大于臨界值時，溫濕度傳感器將信號發送給單片機控制電機將物品倒向濕垃圾桶，反之倒向干垃圾桶。在每個垃圾桶底部布置壓力傳感器，若檢測到壓力時，信號將傳送給單片機控制電機模塊關閉桶蓋，每個功能需要各個部件的協調合作，通過程序設置、初始化各引腳、讀取子程序、進行測量以及進行數據轉化等操作完成干濕垃圾分類。

溢滿功能：在檢測溢滿時，通過安裝在垃圾桶內底部的壓力傳感器，膜片受壓力變形時，中心處徑向應變和切向應變均達到正的最大值，而邊緣處徑向應變達到負的最大值，切向應變為零。可以通過調節DO_RES電阻，從而調節DO引腳輸出的閥值。當壓力大于調節的閥值時候，DO引腳輸出高電平，DO_LED點亮。當壓力小于設定的閥值時候，DO引腳輸出低電平，DO_LED熄滅。將壓力變換轉化為電阻變化，單片機可以準確讀取，測量出桶內垃圾的重量，同時將桶內相關數據通過通信模塊傳輸至移動設備，進行實時的檢測。

消毒功能：消毒控制開關為觸碰開關或光感式開關來返回信號。當桶蓋關閉后，控制模塊的計時單元啟動計時，并到設定時間時，紫外線消毒燈啟動，并在一定時間后自動熄滅。桶蓋座上設置有驅動所述桶蓋開閉的電機、紫外線消毒燈和控制模塊以及電池組；電機、紫外線消毒燈和控制模塊以及控制開關均與電池組連接。

圖1 垃圾桶三維結構簡圖

3 程序設計

干濕垃圾自動分類裝置控制部分選用STC89C51單片機，所選用的傳感器為5V和12V，根據垃圾桶所需要實現主要功能，需要對傳感器進行數值的限制，以此來判斷垃圾的類型。在初始化各引腳之后，讀取子程序，進行測量，測量完成后進行數據轉化，通過設計的程序來實現所需要的功能。

（1）濕度傳感器主程序以及測量程序如下：

（2）壓力傳感器測量程序如下：

4 硬件介紹

4.1 濕度傳感器

DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機連接。引腳說明說明如下：①VDD：供電3.5V-5.5V DC；②DATA：串行數據，單總線；③GND：接地，電源負極。產品主要參數：①濕度測量范圍：20%-95%RH；②測量誤差：±5%RH。

4.2 壓力傳感器

DYX-306壓力傳感器具有多種特點，即量程范圍廣，適用于不同大小的分類垃圾桶。精度高，穩定可靠，能夠精確測量數據。結構強度高并且安裝使用方便。一般采用鋁合金材質，抗腐蝕、抗機械疲勞能力較強，對于濕垃圾桶，不易生銹。并具有抗干擾性強的優點。產品主要參數如下：①供電電壓：10V-15V；②測量重量范圍：0.3-3kg；③靈敏度系數：2.0±0.05%。

4.3 直流減速電機

直流減速電機是在普通直流電機的基礎上，加上配套齒輪減速箱，齒輪減速箱的作用是提供較低的轉速、較大的力矩。同時，齒輪箱不同的減速比可以提供不同的轉速和力矩。YS-37GB520直流減速電機可進行低速正反轉，可以滿足干濕垃圾分類的功能，并且具有扭矩大，耐磨性好，耐溫性好等優點。產品主要參數如下：①供電電壓：12V；②功率：12W。

5 結束語

通過該設計，可實現干濕垃圾的自動分類，減少人工分類的繁瑣，同時保護了環境以及資源再利用，防止二次污染，通過垃圾分類把廢棄物中有回收利用價值分離出來循環利用，就可以減少垃圾處理量。垃圾分類是一項需要全民參與的系統工程，垃圾分類把大家緊緊聯系在一起。每一個人、每一個家庭都實行垃圾分類，就能共同締造美好生活環境。這不僅是城市治理能力的體現，也是文明素養提升、文明習慣養成、“綠色意識”增強的重要體現。