吳曉云,徐 佳

(商洛學(xué)院 電子信息與電氣工程學(xué)院,陜西 商洛 726000)

本文設(shè)計(jì)了一款環(huán)保實(shí)用的太陽(yáng)能智能垃圾桶。該垃圾桶安裝太陽(yáng)能電池板,利用紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)關(guān)蓋。與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合,垃圾裝滿時(shí)該垃圾桶具有自動(dòng)報(bào)警功能。本文設(shè)計(jì)的智能垃圾桶不僅環(huán)保,還實(shí)現(xiàn)了對(duì)特定區(qū)域垃圾桶的實(shí)時(shí)監(jiān)控。這為公眾的健康提供了保障,也減輕了管理人員及環(huán)衛(wèi)工人的工作負(fù)擔(dān),具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。

1 設(shè)計(jì)方案

本文設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能垃圾桶系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能充電模塊、紅外檢測(cè)模塊、高度檢測(cè)模塊、語(yǔ)音模塊、顯示模塊等組成[3]。系統(tǒng)的整體框圖如圖1所示。

以單片機(jī)微處理器為控制芯片,聯(lián)合紅外線傳感器和機(jī)械電子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),使垃圾桶蓋自動(dòng)開(kāi)關(guān)[4]。通過(guò)高度檢測(cè)模塊檢測(cè)垃圾桶是否裝滿,若超過(guò)預(yù)設(shè)值則驅(qū)動(dòng)報(bào)警模塊工作。同時(shí),通過(guò)信息處理模塊對(duì)垃圾桶狀態(tài)信息進(jìn)行計(jì)算,再通過(guò)無(wú)線發(fā)送模塊將信息發(fā)送到控制中心,顯示模塊顯示垃圾桶狀態(tài)信息,最后工作人員根據(jù)傳送的信息進(jìn)行相應(yīng)處理[5]。當(dāng)垃圾桶供電不足時(shí),太陽(yáng)能電池板可自動(dòng)充電,滿足垃圾桶的用電需求。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 紅外檢測(cè)模塊

紅外檢測(cè)模塊采用紅外線傳感技術(shù)。調(diào)整好感應(yīng)距離,當(dāng)人在垃圾桶感應(yīng)距離范圍內(nèi)時(shí),紅外線發(fā)光二極管就會(huì)發(fā)射光脈沖,接收電路則利用光敏元件接收光脈沖,將光脈沖轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并對(duì)其放大,控制電路接收到電信號(hào)后控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn),從而實(shí)現(xiàn)垃圾桶蓋的自動(dòng)開(kāi)關(guān)[6]。紅外發(fā)射仿真電路如圖2所示。由定時(shí)器LM555CM與電阻、電容組成單穩(wěn)態(tài)電路,X1為指示燈,發(fā)光二極管LED1代替實(shí)際電路中的紅外發(fā)射管。調(diào)整可調(diào)電阻R1,當(dāng)R1為50 kΩ、電容C2為0.3 nF時(shí),定時(shí)器LM555CM輸出端方波的頻率約38 kHz(見(jiàn)圖3),與紅外線發(fā)射頻率基本相符。紅外發(fā)射電路的仿真波形如圖4所示。

圖1 系統(tǒng)整體框圖Fig.1 Overall block diagram of the system

圖2 紅外發(fā)射仿真電路Fig.2 Simulation circuit of infrared emission

圖3 輸出方波頻率Fig.3 Frequency of output wave

圖4 紅外發(fā)射電路輸出波形Fig.4 Output wave of infrared emission circuit

2.2 高度檢測(cè)模塊

垃圾箱高度檢測(cè)仿真電路如圖5所示。4069BCP_5V與電阻R2、二極管D1組成傳輸延時(shí)電路。開(kāi)關(guān)S1切換到低電平表示垃圾桶內(nèi)垃圾遮擋了紅外線信號(hào),此時(shí)U1A輸出高電平。通過(guò)R2對(duì)電容C1進(jìn)行充電,使U2B輸出低電平,則三極管2N2904導(dǎo)通,控制繼電器EMR131B03工作,從而啟動(dòng)報(bào)警電路。二極管LED1發(fā)光來(lái)提示垃圾箱已滿,并將此信息上傳給監(jiān)控中心,提醒環(huán)衛(wèi)工人清除垃圾[7]。開(kāi)關(guān)S1切換到高電平表示垃圾沒(méi)有遮擋紅外線信號(hào),此時(shí)U1A輸出低電平。電容C1經(jīng)過(guò)R2、R3放電,使U2B輸出高電平,則三極管2N2904截止,繼電器的工作觸頭切換到電機(jī)的執(zhí)行電路,垃圾桶正常工作[8]。

3 軟件設(shè)計(jì)

通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將不同公共場(chǎng)合的智能垃圾桶連接起來(lái),是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)監(jiān)控的通信基礎(chǔ)[9]。微處理器對(duì)傳感器采集到的數(shù)據(jù)處理后,通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心,監(jiān)控中心根據(jù)接收到的信息做出相應(yīng)處理[10]。結(jié)合C/S系統(tǒng)架構(gòu)知識(shí)實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)算法,根據(jù)超聲波測(cè)定的距離值調(diào)用電機(jī)正轉(zhuǎn)函數(shù)或者反轉(zhuǎn)函數(shù)。若距離大于10 cm,則調(diào)用電機(jī)正轉(zhuǎn)函數(shù),反之則調(diào)用電機(jī)反轉(zhuǎn)函數(shù)[11]。系統(tǒng)算法流程如圖6所示。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的公共智能垃圾桶的設(shè)計(jì)方案,該垃圾桶具有自動(dòng)翻蓋、箱滿檢測(cè)、語(yǔ)音播報(bào)等功能,不僅環(huán)保,還可以實(shí)時(shí)監(jiān)控特定區(qū)域的垃圾桶狀態(tài),減輕管理人員及環(huán)衛(wèi)工人的工作負(fù)擔(dān)。智能垃圾桶系統(tǒng)成本低、實(shí)用性強(qiáng)且功能完善,具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

圖5 垃圾箱高度檢測(cè)電路Fig.5 Detection circuit of height of garbage bin

圖6 系統(tǒng)算法流程Fig.6 Flow chart of system algorithm