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智能垃圾桶硬件程序設(shè)計(jì)
隨著生活水平的提高，人們?cè)絹碓街匾曋苓叺沫h(huán)境衛(wèi)生，追求健康的生活環(huán)境?，F(xiàn)今，對(duì)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(jìn)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(yuǎn)離的區(qū)域，究其原因主要有兩個(gè)：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(shí)的清理，導(dǎo)致垃圾外溢。為了減少異味和及時(shí)清理垃圾桶，因此文章研究設(shè)計(jì)了這款智能垃圾桶。
一、智能垃圾桶的硬件設(shè)計(jì)
基于Arduino智能垃圾桶設(shè)計(jì)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(hào)發(fā)射模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。本方案是以Arduino UNO R3作為核心控制單片機(jī)，控制各個(gè)模塊協(xié)調(diào)配合來實(shí)現(xiàn)垃圾桶自動(dòng)開蓋及監(jiān)測(cè)垃圾盈滿程度等功能。其中，熱釋電紅外傳感器用于檢測(cè)是否有人靠近扔垃圾，紅外線測(cè)距傳感器用于實(shí)時(shí)檢測(cè)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(cè)到有人靠近，也不會(huì)自動(dòng)開蓋，且會(huì)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(gè)led（一紅一綠）構(gòu)成。LCD1602液晶能夠同時(shí)顯示32個(gè)字符，可用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等。LCD1602引腳的功能可參照芯片使用手冊(cè)。本系統(tǒng)中，如果垃圾桶沒滿，led綠燈亮，LCD顯示屏顯示“請(qǐng)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(qǐng)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(cè)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(cè)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(huì)提供一個(gè)與感應(yīng)到的障礙物成反比的電壓輸出信號(hào)，10cm以內(nèi)時(shí)，點(diǎn)亮LED指示燈作為警報(bào)指示，在測(cè)量距離為10cm時(shí)，傳感器會(huì)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(shí)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(diǎn)。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(jī)驅(qū)動(dòng)模塊
文章的設(shè)計(jì)采用單級(jí)步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)，這是因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)比直流電機(jī)能更好控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度。微控制器是不能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的。這里用TIP130功率晶體管來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)每個(gè)線圈。單極性驅(qū)動(dòng)電路使用四顆晶體管來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的兩組相位，電機(jī)的轉(zhuǎn)速則由控制信號(hào)的時(shí)序來決定，采用4拍制模式運(yùn)行，先轉(zhuǎn)動(dòng)第一步并延時(shí)5秒，然后轉(zhuǎn)動(dòng)第二步并延時(shí)5秒，接著轉(zhuǎn)動(dòng)第三步并延時(shí)5秒，最后轉(zhuǎn)動(dòng)第四步并延時(shí)5秒。
二、智能垃圾桶軟件設(shè)計(jì)
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(shí)，首先進(jìn)行定時(shí)器和各連接引腳的初始化，接著檢測(cè)垃圾桶是否滿了，如果沒滿就綠燈亮，當(dāng)檢測(cè)有人靠近時(shí)，打開垃圾箱蓋，顯示“請(qǐng)按類扔垃圾”，如果檢測(cè)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(qǐng)勿繼續(xù)丟垃圾”，且無線發(fā)送模塊發(fā)出信號(hào)，環(huán)衛(wèi)處接到信息派人處理垃圾桶，程序回到檢測(cè)垃圾桶處。
2.1紅外線感應(yīng)子程序設(shè)計(jì)
首先將傳感器信號(hào)輸出引腳置低電平，即進(jìn)行初始化。當(dāng)垃圾距離探頭10cm時(shí)，傳感器信號(hào)輸出引腳置高電平，點(diǎn)亮紅燈，顯示相關(guān)信息，同時(shí)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(hào)輸出引腳置低電平，點(diǎn)亮綠燈，顯示相關(guān)信息，同時(shí)，如果熱釋電傳感器檢測(cè)到有人丟放垃圾，電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jì)
初始化后開始檢測(cè)無線發(fā)射模塊的使能信號(hào)是否為1，如果為高電平則發(fā)送垃圾桶已滿信號(hào)。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(jì)的智能垃圾桶利用避障測(cè)距紅外線傳感器檢測(cè)垃圾箱是否盈滿；利用熱釋電傳感器檢測(cè)是否有人要扔垃圾，根據(jù)夏普紅外線檢測(cè)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(shí)時(shí)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(shí)用價(jià)值。
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