智能垃圾桶方案設計開發(fā)

傳統垃圾桶是帶有蓋子的，使用時需要人工手動或者腳踏式打開桶蓋。通過對該種類型產品調查發(fā)現該種產品使用極為不方便，使用時衛(wèi)生環(huán)境方面比較差，容易使用戶產生惡心的心理作用。在不少的公共場合我們可以隨處看到類似的垃圾桶，但是卻發(fā)生垃圾桶周圍有不少垃圾，其原因主要在于沒有能夠準確的將垃圾投入桶中或者垃圾堆滿后沒有清潔人員及時處理，以至于導致環(huán)境惡性循環(huán)。本文為了解決這一問題，提出了全新智能垃圾桶的設計理念并提出相應的設計方案。希望通過該方案能夠讓人們更了解智能垃圾桶的工作原理以及幫助人們杜絕通過垃圾桶傳播的疾病，更好的實現享受智能化的生活。

一、智能垃圾桶工作原理

本文設計的垃圾桶有別于傳統的產品，該系統將以更加人性化的交互方式呈現在人們的面前。系統具有的功能如下：

(1)當垃圾桶的承載量即將達到最大時，系統會自動給相關保潔人員發(fā)送通告信息，確保垃圾桶能夠及時有效的清理；

(2)當人體往垃圾桶中投人垃圾廢品時，系統會自動打開垃圾桶的桶蓋，動作完成后自動閉合；

(3)系統在執(zhí)行相應任務時，通過語音的形式通報相應的功能模式使之更人性化的呈現給用戶；

本系統主要是由ATMGEA16單片機、人體紅外傳感器、光電檢測模塊、語音聲控模塊、GSM手機模塊組成，集成了微電機技術、傳感器技術以及自動控制技術一體化的高科技產品。系統通過人體紅外傳感器實時檢測是否有人體往垃圾桶中丟仍垃圾，如果傳感器檢測到相關信號則將該信號送人到單片機處理分析，最后通過單片機驅動垃圾桶的一系列動作如開啟桶蓋、閉合桶蓋等，語音電路也會伴隨這些動作播報相應的語音信號，保證系統能夠友好的與人們交互。提高人們對保護環(huán)境的意識。系統中設定了一個垃圾檢測的電路。當系統中的垃圾達到預定設定的位置時，將會給單片機發(fā)送一個信號，該信號則會通過單片機向保潔人員發(fā)送一個相關的提示信息并附帶有對于垃圾桶的信息，以提醒保潔人員及時對該垃圾桶進行清理?？梢赃_到保證環(huán)境時刻干凈。設計時，為了保證系統能夠降低功耗避免能源浪費，設定這樣的程序即在一定時間內如一直沒有檢測到相關的觸發(fā)信號，則系統會自動跳人到設定的休眠模式以到達節(jié)約能源的目的。主控進入休眠狀態(tài)時，如果有信號引發(fā)相關動作則可以啟動相應模塊喚醒單片機，并使之前的電路立即進入工作狀態(tài)模式。本系統具有語聲圖茂，安全性高、易操作全方位的自動控制，可以有效的保障環(huán)境的時刻干凈。杜絕細菌疾病的傳播是保護人類健康安全的有力工具。

二、智能垃圾桶方案的功能特點

市場上垃圾桶各種各樣，功能也都大同小異基本都還是依靠人工手動或腳踏打開桶蓋來實現垃圾的投放。本文主要設計了一套有別于傳統的垃圾桶，以下幾點注定了該系統能夠給人們帶來更安逸的生活。

系統配備有手機GSM模塊來通知相關的保潔人員垃圾桶的基本狀態(tài)信息，從根本上解決了垃圾溢出沒有人及時清理而造成的垃圾污染，影響人們學習、工作、生活。

系統能夠實現自動打開和關閉垃圾桶。當有人體向垃圾桶丟仍垃圾時系統會自動的打開和關閉垃圾桶，進一步保證了垃圾能夠準確無誤的投放到指點位置。

為了保證系統人性化的特點，設計了語音播報功能能夠自動的播報相關的模式提示，可以提高環(huán)境保護的意識。

本系統的擴展性很高，應用該原理可以演變成為防盜系統、智能家居控制系統等，具有廣泛的市場開發(fā)潛力。該系統節(jié)能環(huán)保、操作簡單、成本低、體積小具備一定的娛樂性，適用于各個單位、企業(yè)、辦公樓、公共場所等。

系統主要采用了ATMEGA16作為主控芯片，搭配有語音播報模塊、GSM手機模塊、人體紅外傳感器模塊、光電檢測模塊，其主要特點如下：

(1)節(jié)能環(huán)保功能。本系統設計休眠喚醒功能，在規(guī)定的時間范圍內沒有人進行垃圾投放，單片機會自動切斷除了人體紅外感應模塊的所有電路，進而單片機進入休眠模式起到保證系統能盡最大的能力降低能源的消耗。系統中設計語音播報功能，該語音系統提示人們進行垃圾分類投放，實現了節(jié)能環(huán)保的目的。系統在休眠模式的時候可以根據人體紅外傳感器來喚醒單片機重新進行工作。

(2)干凈、整潔、衛(wèi)生。系統人體紅外傳感器時刻檢測是否有人正在投放垃圾，如果滿足這樣的條件則會自動的打開和關閉垃圾桶桶蓋，避免了人體與垃圾接觸沒有及時清洗而造成的細菌疾病滋生。系統融合了手機GSM模塊，在垃圾桶容量快滿是能夠及時通知保潔人員對該垃圾桶進行及時清理工作。

(3)和諧的語音播報功能。系統可以根據不同的場合發(fā)出一些溫馨有趣的語音提示，在使用的同時還可以進行娛樂，這也吸引了小孩子眼球進而使孩子從小養(yǎng)成一種節(jié)能環(huán)保、愛護環(huán)境的習慣。

三、智能垃圾桶系統的設計框架

智能垃圾桶主要是由主控系統、測量單元、電源管理模塊、執(zhí)行機構組成，其結構框圖如下圖所示。系統主要以人體紅外傳感器和光電傳感器為主的測量機構，通過人體紅外傳感器來檢測是否有人在投放垃圾，如果檢測到有人提靠近投放垃圾則自動打開垃圾桶桶蓋。而光電傳感器則是通過檢測垃圾桶內的垃圾狀態(tài)，如果垃圾的數量達到預定的數量時則會引發(fā)系統通過GSM模塊給保潔人員發(fā)送提示信息，以保證系統的時刻干凈衛(wèi)生。框圖左邊的是系統的測量模塊，右邊則是系統的執(zhí)行機構而中間的則是系統的核心部件中央處理器，主要起控制各個部件工作的作用。

四、智能分類垃圾桶方案設計思路

中國現在正在建設綠色、美麗的中國，智能分類垃圾桶正符合現在的形勢。此設計的主要目的是逐漸引導人們轉變理念、思想，認識到每一個人都有保護環(huán)境的責任，自發(fā)地保護環(huán)境。

4.1射頻識別模塊

本設計采用射頻識別（RFID）技術實現對垃圾的智能分揀。在用戶投放垃圾時，RFID能夠讀取到垃圾的信息，并根據信息對垃圾進行識別，識別后再利用頻率信號將信息由RFID標簽傳送至RFID閱讀器，通過中間件處理后傳至單片機[1]。如果標簽信息與單片機庫文件里的信息匹配成功，則通過機械結構打開可回收的不同區(qū)域的垃圾桶蓋；若匹配不成功，則打開不可回收區(qū)域的垃圾桶蓋。此模塊具有靈敏度高、操作性強等智能分類的特點。

4.2普通垃圾分類

非金屬垃圾通過RFID檢測，識別到標簽信息，將標簽信息傳輸到單片機，再通過單片機與其庫文件里信息對比，進而實現垃圾的精確分類。如果未識別到標簽信息，就重新檢查；若還是不能識別，則它為不可回收垃圾。

4.3金屬垃圾分類

由于普通的RFID電子標簽與金屬混在一起后，會有金屬隔離，標簽信息會出現亂碼。解決辦法有三種：一是當單片機檢測到亂碼時，單片機可以當作檢測到金屬來處理，但電子標簽設計也可能出現技術出錯，導致出現亂碼，因此此方法有一定缺陷；二是用金屬探測儀來檢測金屬，此方法受外界環(huán)境影響較大，若垃圾桶本身是金屬材質，或者人們扔垃圾時檢測到其身上存在金屬物品，就容易出錯；三是使用抗金屬RFID電子標簽，可以有效地避免出現亂碼的情況，但是此類標簽價格比普通的電子標簽貴兩到三倍。通過比較，采用抗金屬RFID電子標簽符合精準判斷的要求，在一些精確度要求不高的地方可以采用普通標簽。

五、智能分類垃圾桶的功能優(yōu)勢

5.1裝置功能

（1）自動識別及智能分類：通過RFID技術對信息的多幀重復識別后將信息傳遞給單片機。單片機根據接收的標簽信息對各裝置發(fā)出垃圾分類信息指令，使不同類垃圾落入不同區(qū)域，實現垃圾的精準分類回收。

（2）安全環(huán)保智檢：（a）安全監(jiān)測。垃圾桶內安裝溫度傳感器，利用溫度傳感器實時監(jiān)測垃圾桶內部溫度，一旦高于安全溫度，立即通過單片機調用語音報警系統發(fā)出報警信號。（b）環(huán)保清理。垃圾桶頂部安裝超聲波傳感器，利用超聲波傳感器對垃圾桶存儲狀態(tài)進行實時檢測，通過單片機反饋到LCD顯示屏，顯示屏幕記錄剩余容量。若垃圾桶已滿，則提示人們不能再繼續(xù)投放垃圾，避免垃圾溢出污染環(huán)境，同時便于清潔人員按時清理垃圾。

5.2功能介紹

（1）射頻技術識別垃圾是否可回收：本設計通過RFID技術將微芯片嵌入產品制造中，產品在制造初期錄入是否可回收的信息，微芯片會向掃描器自動發(fā)出各類產品的既定信息，從而實現本設計對產品的識別以及對已回收垃圾信息的后續(xù)處理。當垃圾桶檢測到電子標簽后，自動錄入產品信息。整個過程不需要像條形碼技術那樣進行人工掃描。

（2）智能分類：垃圾桶對垃圾完成RFID識別后，芯片記錄垃圾的類別信息，然后傳遞給單片機，一旦垃圾進入檢測分類區(qū)，單片機將垃圾信息與其庫文件信息比對，比對成功后就通過控制機械結構運動打開相應區(qū)域；如果比對不成功，則垃圾桶不可回收區(qū)域打開，實現了垃圾檢測分類的功能。

（3）實時檢測垃圾桶內儲存容量與溫度：使用溫度傳感器對垃圾桶內部溫度進行實時監(jiān)控，規(guī)避由于內部器件發(fā)熱以及外部因素所導致的溫度高于安全溫度引起安全問題的風險。置于垃圾桶頂部的超聲波傳感器能實時檢測垃圾桶有效存儲空間，當垃圾桶裝滿時發(fā)出信號，通過單片機控制顯示屏幕，提醒清潔人員對垃圾進行處理。

（4）自動報警：在溫度傳感器的嚴格監(jiān)測下，當垃圾桶溫度高于安全溫度時，垃圾桶的報警裝置立即啟動，同時自行停止一切工作。

六、智能分類垃圾桶創(chuàng)新點

（1）精準識別：RFID技術可以實現對垃圾的精確識別。利用射頻信號空間耦合（電感或電磁耦合）傳輸特性，在閱讀器天線定向波束范圍內實現對被識別物體所攜帶信息的自動化提取和識別，發(fā)射的電磁波碰到目標后反射，同時帶回目標信息的特性，將信息傳遞給單片機。而且只要閱讀器天線布置合理，理論上就不存在檢測死角，可以實現對電子標簽的無漏識別。

（2）多幀糾錯：在保證閱讀器同時識別、逐個讀取RFID電子標簽信息的條件下，通過針對同一標簽進行多幀重復識別，同時保留所有檢測的數據。最后對所有暫存的各幀標識碼數據進行糾錯處理，即取相同識別度次數最多的數據作為實現智能精準分類的正確標簽數據，從而達到糾錯的目的，將垃圾分類的精度提高到至少99%。

總結

本文中先分析總結當前垃圾的現狀和缺陷，參考現有智能化的同類并添加了GSM技術形成屬于一種極具科技技術的額產品。通過融合成熟的技術。設計出了基于GSM模塊的智能垃圾桶。該產品的時效性高、功能強大、性能完善、功耗低、開發(fā)成本低，相信能夠給社會帶來賞心悅目的享受。垃圾桶隨處可見，不管是在公司單位還是公共場合都能尋覓它們的蹤跡，可以說它離不開我們的生活，因此智能垃圾桶應用前景廣泛。與傳統垃圾桶相比，該系統具有強大的功能、賦予人類的思想添加科技元素，不僅僅具有語音提示的功能，與此同時還可以隨時通知保潔人員來及時清理垃圾，相信該系統能夠造福百姓。造福社會。

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