智能垃圾桶硬件程序設(shè)計

隨著生活水平的提高，人們越來越重視周邊的環(huán)境衛(wèi)生，追求健康的生活環(huán)境。現(xiàn)今，對于垃圾的投放處理問題也越來越關(guān)注，而且隨著科技的進步，人們也要求垃圾桶更智能化。垃圾桶附近由于臟和臭，一直是我們所遠離的區(qū)域，究其原因主要有兩個：一是垃圾分類效果差，各種垃圾混雜，易腐爛變質(zhì)，導(dǎo)致產(chǎn)生異味。二是垃圾桶裝滿沒有得到及時的清理，導(dǎo)致垃圾外溢。為了減少異味和及時清理垃圾桶，因此文章研究設(shè)計了這款智能垃圾桶。

一、智能垃圾桶的硬件設(shè)計

基于Arduino智能垃圾桶設(shè)計的原理框圖如圖1所示。

從圖1可以看出，除了控制單元外，主要包括顯示模塊、紅外傳感器感應(yīng)模塊、無線信號發(fā)射模塊和電機驅(qū)動模塊。本方案是以Arduino UNO R3作為核心控制單片機，控制各個模塊協(xié)調(diào)配合來實現(xiàn)垃圾桶自動開蓋及監(jiān)測垃圾盈滿程度等功能。其中，熱釋電紅外傳感器用于檢測是否有人靠近扔垃圾，紅外線測距傳感器用于實時檢測垃圾桶垃圾是否超過預(yù)設(shè)溢滿度。一旦垃圾桶裝滿，即使檢測到有人靠近，也不會自動開蓋，且會給出相應(yīng)提示信息。

1.1顯示模塊

顯示部分分為文字顯示和燈光顯示，主要由一塊液晶字符顯示屏（LCD 1602）和兩個led（一紅一綠）構(gòu)成。LCD1602液晶能夠同時顯示32個字符，可用來顯示字母、數(shù)字、符號等。LCD1602引腳的功能可參照芯片使用手冊。本系統(tǒng)中，如果垃圾桶沒滿，led綠燈亮，LCD顯示屏顯示“請按類扔垃圾”；如果垃圾桶已裝滿，led紅燈亮，LCD顯示屏顯示“垃圾桶已滿，請勿繼續(xù)丟垃圾”。

1.2紅外線傳感器感應(yīng)模塊

采用的是紅外避障傳感模塊和熱釋電紅外傳感器。紅外避障模塊技術(shù)規(guī)格如下：探測距離：2～30cm；工作電壓：3.5～5V；標(biāo)準(zhǔn)電流消耗：33～50mA；輸出量：模擬量輸出，輸出電壓和探測距離成比例。

垃圾感應(yīng)部分采用的是紅外避障傳感模塊，此傳感模塊是泰威生產(chǎn)的紅外距離傳感器。紅外線距離傳感器會提供一個與感應(yīng)到的障礙物成反比的電壓輸出信號，10cm以內(nèi)時，點亮LED指示燈作為警報指示，在測量距離為10cm時，傳感器會輸出2.5V的電壓。人體感應(yīng)部分采用熱釋電紅外傳感器HS-SR501。調(diào)節(jié)距離電位器順時針旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)距離增大（約7米），反之，感應(yīng)距離減?。s3米）。

1.3無線收發(fā)模塊

無線數(shù)據(jù)模塊具有較寬的工作電壓范圍3~12V，這樣一旦電壓發(fā)生變化，發(fā)射頻率基本不變，有利于接收模塊無需任何調(diào)整就能穩(wěn)定地接收。這里選用的是315MHz的F05R無線收發(fā)模塊，具有體積小、功耗低等特點。工作頻率為315MHz，數(shù)據(jù)模塊采用ASK方式調(diào)制，以降低功耗。

1.4電機驅(qū)動模塊

文章的設(shè)計采用單級步進電機作為動力系統(tǒng)，這是因為步進電機比直流電機能更好控制電機旋轉(zhuǎn)角度。微控制器是不能直接驅(qū)動電機的。這里用TIP130功率晶體管來驅(qū)動步進電機每個線圈。單極性驅(qū)動電路使用四顆晶體管來驅(qū)動步進電機的兩組相位，電機的轉(zhuǎn)速則由控制信號的時序來決定，采用4拍制模式運行，先轉(zhuǎn)動第一步并延時5秒，然后轉(zhuǎn)動第二步并延時5秒，接著轉(zhuǎn)動第三步并延時5秒，最后轉(zhuǎn)動第四步并延時5秒。

二、智能垃圾桶軟件設(shè)計

軟件程序的編寫主要采用C語言，工作流程大致為：當(dāng)程序開始執(zhí)行時，首先進行定時器和各連接引腳的初始化，接著檢測垃圾桶是否滿了，如果沒滿就綠燈亮，當(dāng)檢測有人靠近時，打開垃圾箱蓋，顯示“請按類扔垃圾”，如果檢測垃圾桶已經(jīng)滿了，則紅燈亮，有人靠近垃圾箱蓋子也不打開，顯示“垃圾桶已滿，請勿繼續(xù)丟垃圾”，且無線發(fā)送模塊發(fā)出信號，環(huán)衛(wèi)處接到信息派人處理垃圾桶，程序回到檢測垃圾桶處。

2.1紅外線感應(yīng)子程序設(shè)計

首先將傳感器信號輸出引腳置低電平，即進行初始化。當(dāng)垃圾距離探頭10cm時，傳感器信號輸出引腳置高電平，點亮紅燈，顯示相關(guān)信息，同時標(biāo)志位置1輸出高電平，此端連接無線模塊使能端；否則傳感器信號輸出引腳置低電平，點亮綠燈，顯示相關(guān)信息，同時，如果熱釋電傳感器檢測到有人丟放垃圾，電機驅(qū)動開啟，打開垃圾桶蓋，人離開后關(guān)閉。

2.2無線接發(fā)模塊子程序設(shè)計

初始化后開始檢測無線發(fā)射模塊的使能信號是否為1，如果為高電平則發(fā)送垃圾桶已滿信號。提醒的是，315M無線模塊需要譯碼解碼模塊，本系統(tǒng)用的是軟件解碼譯碼。

總結(jié)

本文設(shè)計的智能垃圾桶利用避障測距紅外線傳感器檢測垃圾箱是否盈滿；利用熱釋電傳感器檢測是否有人要扔垃圾，根據(jù)夏普紅外線檢測結(jié)果控制垃圾箱蓋的開關(guān)，并且通過LCD1602顯示屏做出提示，且通過315mhz無線通信模塊做出實時監(jiān)控。相比傳統(tǒng)垃圾桶，具有智能提示和智能開關(guān)功能，有一定的實用價值。

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