溫文雅 高瑞 郭福雁 胡佳程
摘 要:本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種垃圾自動(dòng)分揀箱,該分揀箱可以對金屬、瓶罐、果皮和紙張進(jìn)行自動(dòng)識別,分類并根據(jù)垃圾桶中的垃圾容量通過短信提醒相關(guān)人員及時(shí)對其進(jìn)行回收。整個(gè)系統(tǒng)由太陽能供電,并且設(shè)置了可以自動(dòng)根據(jù)環(huán)境調(diào)節(jié)量亮度的夜間照明部分。
關(guān)鍵詞:智能垃圾分揀;垃圾箱;GSM;42型步進(jìn)電機(jī)
中圖分類號:TH122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:2095-2945(2017)25-0022-02
引言
垃圾分類及回收對環(huán)境至關(guān)重要,正如陳曉蕾在《剩食》中所說,“垃圾,都是放錯(cuò)位置的資源”。由此可見,如果處理好垃圾分類可以為社會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益,處理不好則會(huì)對自然環(huán)境和人類生活造成巨大影響。然而現(xiàn)階段,垃圾分類的意識在我國推廣的并不理想,垃圾不分類回收必然難以使它資源化、無害化。所以智能垃圾分揀箱從根本上解決了垃圾混和運(yùn)輸,克服了人工分揀難、不文明的問題,分揀出可回收物直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益,從而完成了垃圾處理的資源化、無害化、減量化的全過程,形成了綠色產(chǎn)業(yè)鏈。
1 箱體設(shè)計(jì)
該垃圾箱主要由五個(gè)部分組成,即垃圾類型識別部分、垃圾自動(dòng)分類部分、供電部分、照明部分和短信提醒部分。這五部分之間相互配合的機(jī)制如下:首先當(dāng)有垃圾進(jìn)入投放口后,垃圾識別部分將對投入的垃圾進(jìn)行識別。識別完成后繼而由垃圾自動(dòng)分類部分將垃圾自動(dòng)放入對應(yīng)的桶中。整個(gè)系統(tǒng)由太陽能供電,并在垃圾箱中垃圾達(dá)到一定體積時(shí)通過短信提醒相關(guān)工作人員及時(shí)進(jìn)行回收,同時(shí)設(shè)有可以自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度的夜間照明部分。
2 垃圾類型識別
本設(shè)計(jì)將垃圾分為金屬類,瓶罐類,果皮類和紙張類。金屬類由金屬傳感器E30-15AO進(jìn)行識別,瓶罐由兩對紅外傳感器通過對物體高度的檢測來識別瓶罐,果皮和紙張則由顏色傳感器GY-33來進(jìn)行識別。具體識別流程如下:當(dāng)垃圾進(jìn)圖投放口內(nèi)后,金屬傳感器最先動(dòng)作,若檢測到是金屬則相應(yīng)的金屬指示燈亮起,并帶動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行下一步操作;若不是,則有兩對紅外傳感器檢測垃圾的高度是否能達(dá)到一般塑料飲料瓶的高度,若是則相應(yīng)指示燈亮并進(jìn)入機(jī)械結(jié)構(gòu)部分操作;若不是,顏色傳感器開始工作,檢測器是廢紙還是果皮,若反饋來的RGB.RED的值在400-600之間,則此垃圾為果皮(此處主要檢測蘋果皮或香蕉皮);若大于700,則為廢紙(此處廢紙當(dāng)以白色廢紙為主),繼而機(jī)械結(jié)構(gòu)部分開始工作。
3 機(jī)械結(jié)構(gòu)
詳細(xì)說明:
機(jī)械結(jié)構(gòu)部分由底板、立板、絲杠、連桿、撥板組成。其三視圖如圖2。這一部分由兩個(gè)電機(jī)控制,電機(jī)1控制底盤旋轉(zhuǎn),電機(jī)2控制絲杠移動(dòng)。
(1)當(dāng)垃圾檢測信號通過串口通信傳輸給單片機(jī),單片機(jī)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。
(2)電機(jī)1轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)的位置后,單片機(jī)控制電機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲杠,絲杠帶動(dòng)撥板橫向移動(dòng)將垃圾推向?qū)?yīng)的垃圾桶里面。
(3)當(dāng)垃圾被推下后絲杠自動(dòng)返回原來位置。本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)在垃圾自動(dòng)分類后的機(jī)電傳動(dòng)的裝置的正常運(yùn)行。分類的單片機(jī)通過串口通訊,將采集的垃圾類別的信號傳輸至我們需要的控制單片機(jī),單片機(jī)運(yùn)用控制芯片,控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)對垃圾箱轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動(dòng)以及絲杠上和絲杠滑塊聯(lián)動(dòng)的推拉結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行控制。電機(jī)在這里選擇帶有42型步進(jìn)電機(jī)并由TB6600步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。
自動(dòng)分類垃圾回收箱傳動(dòng)裝置需要一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置來旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)到垃圾識別完的垃圾所對應(yīng)的分類垃圾箱進(jìn)行最后的堆放工作。最后確定由展示轉(zhuǎn)盤來改進(jìn),本設(shè)計(jì)選擇35cm的展示轉(zhuǎn)盤,因?yàn)樗坏笮『线m做工和材質(zhì)都能有利于后續(xù)的工作可以裝配42型步進(jìn)電機(jī),而且能完全實(shí)現(xiàn)我們對轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的要求以及有利于后續(xù)支架的搭建。
絲杠選擇帶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,和轉(zhuǎn)盤的大小相匹配。導(dǎo)軌采用高精度特性專機(jī)多面同時(shí)磨削,激光檢測等手段,易于保證導(dǎo)軌的制造精度,有利于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌連接在上面的推板在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)到相應(yīng)的垃圾對應(yīng)的相應(yīng)的垃圾箱所在位置時(shí)分類垃圾推入相應(yīng)的垃圾箱。
本設(shè)計(jì)選擇在市場上常見的壓縮板作為整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)的支架,自己動(dòng)手來制作支架擋板以及所需架構(gòu)。壓縮板支架要能夠承受絲杠以及其他裝置的質(zhì)量。
4 電源的選擇
近年來,國家倡導(dǎo)使用低碳綠色能源,所以本設(shè)計(jì)在垃圾分揀箱的電源選擇上選用了太陽能板搭配12V蓄電池的方式為整個(gè)系統(tǒng)供電。太陽能板位于整個(gè)箱體的頂部,以便更好地接受太陽光并加以利用。轉(zhuǎn)化后的電能將存入位于箱體底部的蓄電池中供整個(gè)系統(tǒng)使用??紤]到蓄電池的重量,本設(shè)計(jì)將蓄電池放置在箱體最下方,目的是使箱體重心降低提高穩(wěn)定性,避免大風(fēng)刮倒垃圾桶造成內(nèi)部的精密部件損壞。
5 短信提醒
當(dāng)垃圾桶中的垃圾到達(dá)整體容量的80%時(shí),置于桶壁上的一對紅外對射探頭將被觸發(fā),同時(shí)為了防止投擲垃圾的時(shí)候紅外傳感器對射被誤當(dāng),所以紅外傳感器被遮擋時(shí)間超過三秒時(shí),即單片機(jī)STM32F103持續(xù)接收到此紅外傳感器發(fā)出的低電平信超過三秒時(shí),STM32F103向GSM模塊發(fā)送一個(gè)指令,使GSM向工作人員發(fā)送短信,提醒工作人員清理該垃圾箱中的垃圾。觸發(fā)的信號傳遞給STM32芯片的GSM模塊,這樣就可以短信通知相關(guān)人員及時(shí)將桶中即將裝滿的垃圾回收。
6 照明部分
為使垃圾桶在夜晚比較顯眼,本設(shè)計(jì)考慮添加照明設(shè)備。傍晚時(shí)分,光敏模塊檢測到外界的光照亮度低于設(shè)定值時(shí),發(fā)出信號給STM32,請求點(diǎn)亮LED燈。請求信號被STM32檢測到后,給LED通電并點(diǎn)亮LED燈。如需調(diào)整LED燈的不同顏色,以增加美觀度和在特殊天氣下便于人們找到垃圾箱,可通過按鍵模塊進(jìn)行相應(yīng)的按鍵,并使LED燈呈現(xiàn)不同的顏色。當(dāng)天快亮?xí)r,光敏模塊檢測到外界的光照亮度達(dá)到設(shè)定值,發(fā)出信號給STM32,請求關(guān)閉LED燈。
7 結(jié)束語
本研究是采用STM32系列單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的CPU,全面考慮公共設(shè)施的設(shè)計(jì)原則,拓展了現(xiàn)有垃圾箱的功能,使設(shè)計(jì)更符合智能化和人性化的要求。采用太陽能供電的設(shè)計(jì)以及自動(dòng)調(diào)節(jié)箱體照明的設(shè)計(jì)更是環(huán)保節(jié)能的重要體現(xiàn)。
參考文獻(xiàn):
[1]祁軒.一種多功能環(huán)保垃圾桶[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2013(15).
[2]孟博宇.STM32自學(xué)筆記[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2012.
[3]黃倫,劉沛,譚濤.智能垃圾分揀系統(tǒng)的模擬與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)電工程,2014(11):1452-1456.
[4]何麗娜.基于全自動(dòng)智能垃圾分類機(jī)的研究[J].機(jī)械工程師,2009(07):34-35.
[5]王冰梅.我國分類垃圾箱的缺陷及其智能化改造[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2016(01):78-79.
[6]韓曉靜,修友祺.智能分類垃圾箱的簡單設(shè)計(jì)[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2017(03):84-85.endprint