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(dòng)分類垃圾回收箱的概要設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)使用STM32進(jìn)行控制，結(jié)合傳感器、鍵盤、太陽能板、LED光源、GSM模塊及進(jìn)步電機(jī)等器件完成。自動(dòng)分類垃圾回收箱設(shè)計(jì)的提出，對于未來智慧城市、生態(tài)城市的建設(shè)有重要的意義。

關(guān)鍵詞：垃圾回收箱；GSM模塊；STM32控制

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)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(chǎn)品的多樣化導(dǎo)致生活垃圾的多樣化?；赟TM32控制的自動(dòng)分類垃圾回收箱有自動(dòng)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(tǒng)分類垃圾箱相比，其自動(dòng)化程度高，使城市垃圾回收處理更高效環(huán)保。

1 自動(dòng)分類垃圾回收箱機(jī)電傳動(dòng)裝置的機(jī)械設(shè)計(jì)

機(jī)電傳動(dòng)裝置是自動(dòng)垃圾分類回收箱正常工作的基礎(chǔ)和重要組成部分。

絲杠選擇帶有42型步進(jìn)電機(jī)，有效行程為400mm的T型絲桿線性直線導(dǎo)軌滑臺。帶有42型步進(jìn)電機(jī)的T型絲杠導(dǎo)軌總長度400+155mm，有效行程400mm。當(dāng)投入垃圾進(jìn)過傳感器識別到達(dá)分類環(huán)節(jié)，垃圾檢測信號通過串口通信傳輸給STM32，STM32控制電機(jī)1帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)到垃圾所對應(yīng)的垃圾桶位置。電機(jī)1轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)的位置時(shí)，STM32控制電機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲杠將垃圾推向?qū)?yīng)的垃圾桶里面。當(dāng)垃圾推下時(shí)絲杠自動(dòng)返回原來位置。

2 自動(dòng)分類垃圾回收箱控制系統(tǒng)的構(gòu)成

該自動(dòng)分類垃圾回收箱的控制系統(tǒng)主要由太陽能蓄電池、傳感器、機(jī)械裝置、LED和GSM模塊構(gòu)成，由芯片STM32進(jìn)行控制。由太陽能板提供電能，各項(xiàng)傳感器對所投入垃圾進(jìn)行檢測，將信號送給芯片以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置、推拉裝置實(shí)現(xiàn)垃圾的定向運(yùn)動(dòng)，將垃圾準(zhǔn)確分類并投入垃圾回收箱中。

3 自動(dòng)分類垃圾回收箱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 自主供電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

自動(dòng)分類垃圾回收箱的自主供電系統(tǒng)主要由單晶硅太陽能板、數(shù)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(zhuǎn)換效率18%，輸出功率為50W。數(shù)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(fù)載的關(guān)系，保護(hù)電瓶防止過充過放，進(jìn)行短路保護(hù)等。蓄電池選擇GHGN-12V20AH，可用壽命最長達(dá)到5年，電壓為12V，容量為20Ah，可以滿足整個(gè)系統(tǒng)的直流電需求。

當(dāng)陽光充足時(shí)，太陽能板通過控制器給蓄電池充電，同時(shí)蓄電池工作，為系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)供電。若在夜間或者太陽光較弱的環(huán)境下，則由蓄電池直接使用白天存儲的電能進(jìn)行供電。

3.2 分類檢測子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)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(shí)與一個(gè)繼電器相連。當(dāng)金屬接近金屬傳感器前方探頭時(shí)，其內(nèi)部的常開開關(guān)閉合，使繼電器通電，其繼電器常開開關(guān)閉合形成回路，向STM32發(fā)送一個(gè)低電平信號。經(jīng)過STM32處理，STM32端口發(fā)出一個(gè)低電平信號。該端口連接一個(gè)發(fā)光二極管的負(fù)極，其正極與電源相連構(gòu)成回路。當(dāng)?shù)碗娖叫盘柊l(fā)出后，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，指示此物體為金屬。

在本設(shè)計(jì)中，使用兩對紅外對管來確定垃圾是否為塑料瓶罐。工作時(shí)與一個(gè)繼電器相連，當(dāng)紅外對管的對射被物品遮擋時(shí)，紅外對管接收端內(nèi)部的常開開關(guān)閉合，使繼電器通電，其繼電器常開開關(guān)閉合。當(dāng)STM32接收到低電平信號后，經(jīng)過STM32處理，STM32端口發(fā)出一個(gè)低電平信號。該端口連接一個(gè)發(fā)光二極管。當(dāng)該端口發(fā)出一個(gè)低電平信號后，發(fā)光二極管被點(diǎn)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(shù)據(jù)，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(xù)、詢問輸出兩種方式，可掉電保存設(shè)置。本設(shè)計(jì)使用的是MCU-IIC模式。IIC通信時(shí)鐘需在40Khz～200Khz之間，通過讀取相應(yīng)寄存器即可，全部數(shù)據(jù)讀取間隔應(yīng)小于10hz。顏色傳感器的DR、CT端口連接STM32的端口。STM32端口接發(fā)光二極管的負(fù)極，發(fā)光二極管的正極接3.3V電源。當(dāng)該端口發(fā)出一個(gè)低電平信號后，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，指示此物體為果皮。

當(dāng)垃圾進(jìn)入垃圾檢測箱內(nèi)時(shí)，金屬傳感器先行動(dòng)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(dá)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(tǒng)認(rèn)為廢紙當(dāng)以白色廢紙為主。

分類檢測子系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

3.3 短信反饋?zhàn)酉到y(tǒng)（GSM）的設(shè)計(jì)

該子系統(tǒng)由紅外對管，GSM模塊、STM32構(gòu)成。紅外對管的主要功能為檢測各分類垃圾箱內(nèi)的容量是否滿80%，若滿80%則向STM32發(fā)送一個(gè)低電平信號。其設(shè)計(jì)方法與分類檢測子系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)方式相同。

當(dāng)某個(gè)垃圾箱的垃圾達(dá)到箱容量的80%時(shí)，垃圾將紅外對管的對射擋住，STM32將接收到一個(gè)低電平信號，經(jīng)處理，向GSM模塊發(fā)送一個(gè)信號，使GSM模塊向工作人員發(fā)送短信，提醒工作人員對垃圾箱內(nèi)垃圾進(jìn)行清理。為了防止投放垃圾時(shí)，紅外傳感器的對射被擋住，發(fā)送一個(gè)錯(cuò)誤信號，所以設(shè)計(jì)時(shí)，紅外傳感器被擋住時(shí)間超多3秒，單片機(jī)才會(huì)給GSM模塊發(fā)出指令。

3.4 照明調(diào)節(jié)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)由STM32、WS2812、光敏電阻、4*4矩陣按鍵模塊等構(gòu)成。

首先LED燈可以呈現(xiàn)不同模式的彩燈，然后通過按鍵來轉(zhuǎn)換彩燈模式，最后也可以通過光敏電阻來調(diào)控亮度。LED系統(tǒng)的控制核心采用ARM系列微處理器STM32，實(shí)現(xiàn)LED的智能控制。利用STM32的片外的ADC和驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)光敏模塊根據(jù)光強(qiáng)改變系統(tǒng)亮度的功能，利用按鍵模塊的掃描法，達(dá)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(tǒng)綜合，實(shí)現(xiàn)按鍵控制。

3.5 機(jī)械控制子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

當(dāng)垃圾分類系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，檢測系統(tǒng)單片機(jī)通過串口通訊將檢測的垃圾類別信息傳輸給驅(qū)動(dòng)單片機(jī)STM32，驅(qū)動(dòng)單片機(jī)發(fā)送指令控制步進(jìn)電機(jī)，配合電機(jī)驅(qū)動(dòng)器提供良好的電流和細(xì)分來驅(qū)動(dòng)電機(jī)1帶動(dòng)垃圾箱所在的轉(zhuǎn)盤到相應(yīng)的分類垃圾多對應(yīng)的垃圾箱位置。在此同時(shí)驅(qū)動(dòng)單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)出指令，通過串口通信，將信號發(fā)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)已經(jīng)設(shè)定好的細(xì)分來驅(qū)動(dòng)電機(jī)2帶動(dòng)絲杠上的滑塊動(dòng)作，通過滑塊帶動(dòng)的推拉結(jié)構(gòu)將分類的垃圾推放在相應(yīng)的垃圾箱內(nèi)。

4 結(jié)束語

本文所論述的內(nèi)容，是從機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，智能化控制系統(tǒng)兩個(gè)方面進(jìn)行研究討論的結(jié)果。日后隨著人口的增長與人們生活水平的提高，生活產(chǎn)品的多樣化必將導(dǎo)致生活垃圾的多樣化，相信該自動(dòng)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(tài)文明理念實(shí)踐于生活中。

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