智能高效

遠(yuǎn)程控制

智能垃圾桶回收箱

本文設(shè)計了基于機(jī)械傳動、嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能垃圾回收箱及控制系統(tǒng)，包括結(jié)構(gòu)、硬件和軟件設(shè)計，以及基于機(jī)智云后臺服務(wù)器的操作系統(tǒng)，實現(xiàn)了用戶信息識別和與垃圾箱的信息交互，測試結(jié)果滿足了設(shè)計目標(biāo)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可提高垃圾回收管理效率，可開發(fā)智能回收系統(tǒng)，實時監(jiān)控回收過程，通過物聯(lián)網(wǎng)協(xié)作，收集分析數(shù)據(jù)，及時清理滿載垃圾桶，降低人力成本，改善垃圾箱環(huán)境。

01

分析智能垃圾分類技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，確定研究目標(biāo)。

02

提出智能垃圾回收箱系統(tǒng)方案，詳細(xì)設(shè)計結(jié)構(gòu)。

03

詳細(xì)設(shè)計控制系統(tǒng)硬件，包括主控制器、傳感器選型及監(jiān)控系統(tǒng)。

04

詳細(xì)設(shè)計控制系統(tǒng)軟件，包括云平臺選擇、信息交互和各模塊實現(xiàn)方法。

05

測試智能垃圾回收箱功能，驗證云平臺功能和垃圾投放過程的有效性。

針對城市垃圾量大、回收難問題，設(shè)計了一款智能垃圾回收箱，旨在提高居民分類投放積極性，減少可回收物浪費，實現(xiàn)垃圾再利用。系統(tǒng)分為機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程平臺。根據(jù)功能要求，回收箱可處理紙張、金屬、塑料和織物等多種垃圾，提高回收效率。

01

用戶識別：通過 IC 卡或者手機(jī) APP 上的二維碼對用戶的身份進(jìn)行驗證，驗證成功后方可投放垃圾。

02

回收門控制：能夠自動開關(guān)門，在 LCD 屏上顯示開關(guān)門狀態(tài)；開門時伴隨有語音提示，關(guān)門時系統(tǒng)帶有防夾手檢測、防擠壓檢測、滿溢檢測等功能；后臺監(jiān)控垃圾滿溢之后，遠(yuǎn)程提醒工作人員及時對回收物進(jìn)行處理。

03

垃圾稱重：對用戶投放的垃圾進(jìn)行稱重，將稱重數(shù)據(jù)上傳至云平臺。并能夠檢測桶內(nèi)垃圾是否減少，投放垃圾質(zhì)量太輕時，能夠過濾重量

04

LED 顯示：顯示設(shè)備的工作狀態(tài)和垃圾投放狀態(tài)。

05

系統(tǒng)開機(jī)自檢：設(shè)備開機(jī)時，能夠自動檢查設(shè)備的狀態(tài)，減少后續(xù)使用時出現(xiàn)的問題。

內(nèi)部若放置容積 240L 的垃圾桶，容積過大，會導(dǎo)致智能垃圾回收箱外形尺寸過大，不方便用戶投放；容積過小，會增加垃圾清運的頻率，比較后選擇僅次于最大容積的 120L 容量垃圾桶放置于回收箱內(nèi)部。

長度方向設(shè)計 210mm 余量，由于箱體在寬度方向需要安裝的元器件較多，設(shè)計 550mm 的余量，高度方向設(shè)計 660mm 余量，以便放置稱重裝置和開關(guān)門裝置。所以，智能垃圾回收箱總長度為（210+550）×4=3040mm，寬度為 470+550=1020m，高度為 920+660=1580mm。

每個分箱有獨立的回收物投放口和內(nèi)置垃圾桶，當(dāng)桶滿時，可取出并運往公司處理。箱體配備四種回收物投放口的控制按鍵，前面有掃碼裝置用于身份確認(rèn)。中間的顯示屏顯示運行狀態(tài)，并實時反饋投放信息給居民。頂部攝像頭監(jiān)控投放情況，防止盜竊。智能垃圾回收箱的三維模型見下圖。

投放口開關(guān)門機(jī)構(gòu)設(shè)計

傳統(tǒng)垃圾箱的投放口是手動打開的，用戶投放垃圾時手上容易沾染垃圾桶中的細(xì)菌，對人體健康產(chǎn)生布良影響。

#部分智能垃圾箱的投放口采用彈出開蓋式，桶蓋打開速度很快，人在沒有防備的情況下容易受到傷害。針對上述問題，本文設(shè)計的智能垃圾回收箱采用不接觸垃圾桶、滑蓋式的開關(guān)門機(jī)構(gòu)。

投放口防夾手機(jī)構(gòu)由固定板、活動板、彈簧裝置、連接板、開關(guān)觸板、行程開關(guān)、限位板、固定件組成。開關(guān)門機(jī)構(gòu)通過連接裝置控制投放門的閉合，固定板安裝在投放門上，隨投放門同步運動。

限位板的固定件安裝在固定板中，限位板中有滑槽，固定件可在滑槽內(nèi)滑動，固定板和活動板兩邊安裝有平行的限位裝置和行程裝置。與活動板相連的連接板與彈簧下端連接，固定板與彈簧上端連接，位于固定板的中部。

此方案中垃圾投放門關(guān)閉接觸到人體時，有彈簧裝置作為緩沖，兩邊的固定件沿著限位板滑槽滑動，減少了對人手的擠壓力度。當(dāng)固定件滑到滑槽最大行程時，開關(guān)觸板也會觸發(fā)行程開關(guān)，此時電機(jī)轉(zhuǎn)向改變，回收門再次打開?；厥臻T關(guān)閉時，投放口若有物體存在，此裝置就會重復(fù)上述運動過程，直到用戶將垃圾完全投入到智能垃圾回收箱內(nèi)。

01

回收物稱重機(jī)構(gòu)設(shè)計

回收物稱重方式在回收箱中安裝稱重裝置來實現(xiàn)，每個垃圾桶采用一個傳感器進(jìn)行稱重，安裝在箱內(nèi)垃圾桶下方，結(jié)構(gòu)如圖。

02

回收物壓縮機(jī)構(gòu)設(shè)計

垃圾滿溢后，會有工作人員清理，但頻繁清理增加成本。為減少清理頻率，智能垃圾回收箱內(nèi)設(shè)計了壓縮裝置，使垃圾密實，增大存儲量，不影響居民使用。壓縮裝置由電機(jī)、螺桿等組成，通過正反轉(zhuǎn)控制壓塊的升降，當(dāng)垃圾達(dá)到一定高度時，壓塊開始壓縮。

智能垃圾回收箱功能多、數(shù)量多，設(shè)計一個功能全面、費用適中的核心控制系統(tǒng)非常重要。主要功能模塊如下：

01

主控制器
STM32 單片機(jī)是一款接口豐富、性價比高的單片機(jī)。該控制器能夠同時控制多個功能模塊，且聯(lián)網(wǎng)方便，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程后臺的控制。

02

電源模塊
智能垃圾回收箱一般在居民小區(qū)里投放，可以連接至小區(qū)的電力系統(tǒng)，市電經(jīng)電源模塊轉(zhuǎn)換為其它模塊正常工作所需要的電壓。

03

稱重檢測模塊
要實現(xiàn)對垃圾的稱重，須在回收箱里內(nèi)置傳感器，對居民每次的垃圾投遞操作進(jìn)行實時測量，上傳數(shù)據(jù)。當(dāng)垃圾超重時，能夠發(fā)出信號，通知工作人員進(jìn)行處理，當(dāng)垃圾減少時也能夠發(fā)出報警信號。

04

顯示模塊
在智能垃圾回收箱上安裝液晶顯示屏，通過界面顯示可以提醒用戶進(jìn)行合理操作，同時 LED 指示燈顯示設(shè)備的工作狀態(tài)。

05

電機(jī)控制模塊

電機(jī)控制模塊控制步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)對智能垃圾回收箱投放門進(jìn)行控制，直流電機(jī)對智能垃圾回收箱中的垃圾進(jìn)行壓縮和控制滅火球的啟用。

小結(jié)

從智能垃圾回收箱的功能需求出發(fā)，提出了智能垃圾回收箱的總體方案。對智能垃圾回收箱的總體結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計，提出了硬件和軟件相配合的控制系統(tǒng)方案。