智能垃圾桶方案設(shè)計(jì)開發(fā)

傳統(tǒng)垃圾桶是帶有蓋子的，使用時(shí)需要人工手動(dòng)或者腳踏式打開桶蓋。通過對(duì)該種類型產(chǎn)品調(diào)查發(fā)現(xiàn)該種產(chǎn)品使用極為不方便，使用時(shí)衛(wèi)生環(huán)境方面比較差，容易使用戶產(chǎn)生惡心的心理作用。在不少的公共場(chǎng)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(zhǔn)確的將垃圾投入桶中或者垃圾堆滿后沒有清潔人員及時(shí)處理，以至于導(dǎo)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(shè)計(jì)理念并提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)享受智能化的生活。

一、智能垃圾桶工作原理

本文設(shè)計(jì)的垃圾桶有別于傳統(tǒng)的產(chǎn)品，該系統(tǒng)將以更加人性化的交互方式呈現(xiàn)在人們的面前。系統(tǒng)具有的功能如下：

(1)當(dāng)垃圾桶的承載量即將達(dá)到最大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給相關(guān)保潔人員發(fā)送通告信息，確保垃圾桶能夠及時(shí)有效的清理；

(2)當(dāng)人體往垃圾桶中投人垃圾廢品時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開垃圾桶的桶蓋，動(dòng)作完成后自動(dòng)閉合；

(3)系統(tǒng)在執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)時(shí)，通過語(yǔ)音的形式通報(bào)相應(yīng)的功能模式使之更人性化的呈現(xiàn)給用戶；

本系統(tǒng)主要是由ATMGEA16單片機(jī)、人體紅外傳感器、光電檢測(cè)模塊、語(yǔ)音聲控模塊、GSM手機(jī)模塊組成，集成了微電機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)一體化的高科技產(chǎn)品。系統(tǒng)通過人體紅外傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)是否有人體往垃圾桶中丟仍垃圾，如果傳感器檢測(cè)到相關(guān)信號(hào)則將該信號(hào)送人到單片機(jī)處理分析，最后通過單片機(jī)驅(qū)動(dòng)垃圾桶的一系列動(dòng)作如開啟桶蓋、閉合桶蓋等，語(yǔ)音電路也會(huì)伴隨這些動(dòng)作播報(bào)相應(yīng)的語(yǔ)音信號(hào)，保證系統(tǒng)能夠友好的與人們交互。提高人們對(duì)保護(hù)環(huán)境的意識(shí)。系統(tǒng)中設(shè)定了一個(gè)垃圾檢測(cè)的電路。當(dāng)系統(tǒng)中的垃圾達(dá)到預(yù)定設(shè)定的位置時(shí)，將會(huì)給單片機(jī)發(fā)送一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)則會(huì)通過單片機(jī)向保潔人員發(fā)送一個(gè)相關(guān)的提示信息并附帶有對(duì)于垃圾桶的信息，以提醒保潔人員及時(shí)對(duì)該垃圾桶進(jìn)行清理?？梢赃_(dá)到保證環(huán)境時(shí)刻干凈。設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證系統(tǒng)能夠降低功耗避免能源浪費(fèi)，設(shè)定這樣的程序即在一定時(shí)間內(nèi)如一直沒有檢測(cè)到相關(guān)的觸發(fā)信號(hào)，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)跳人到設(shè)定的休眠模式以到達(dá)節(jié)約能源的目的。主控進(jìn)入休眠狀態(tài)時(shí)，如果有信號(hào)引發(fā)相關(guān)動(dòng)作則可以啟動(dòng)相應(yīng)模塊喚醒單片機(jī)，并使之前的電路立即進(jìn)入工作狀態(tài)模式。本系統(tǒng)具有語(yǔ)聲圖茂，安全性高、易操作全方位的自動(dòng)控制，可以有效的保障環(huán)境的時(shí)刻干凈。杜絕細(xì)菌疾病的傳播是保護(hù)人類健康安全的有力工具。

二、智能垃圾桶方案的功能特點(diǎn)

市場(chǎng)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(dòng)或腳踏打開桶蓋來實(shí)現(xiàn)垃圾的投放。本文主要設(shè)計(jì)了一套有別于傳統(tǒng)的垃圾桶，以下幾點(diǎn)注定了該系統(tǒng)能夠給人們帶來更安逸的生活。

系統(tǒng)配備有手機(jī)GSM模塊來通知相關(guān)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(shí)清理而造成的垃圾污染，影響人們學(xué)習(xí)、工作、生活。

系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)打開和關(guān)閉垃圾桶。當(dāng)有人體向垃圾桶丟仍垃圾時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的打開和關(guān)閉垃圾桶，進(jìn)一步保證了垃圾能夠準(zhǔn)確無誤的投放到指點(diǎn)位置。

為了保證系統(tǒng)人性化的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了語(yǔ)音播報(bào)功能能夠自動(dòng)的播報(bào)相關(guān)的模式提示，可以提高環(huán)境保護(hù)的意識(shí)。

本系統(tǒng)的擴(kuò)展性很高，應(yīng)用該原理可以演變成為防盜系統(tǒng)、智能家居控制系統(tǒng)等，具有廣泛的市場(chǎng)開發(fā)潛力。該系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保、操作簡(jiǎn)單、成本低、體積小具備一定的娛樂性，適用于各個(gè)單位、企業(yè)、辦公樓、公共場(chǎng)所等。

系統(tǒng)主要采用了ATMEGA16作為主控芯片，搭配有語(yǔ)音播報(bào)模塊、GSM手機(jī)模塊、人體紅外傳感器模塊、光電檢測(cè)模塊，其主要特點(diǎn)如下：

(1)節(jié)能環(huán)保功能。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)休眠喚醒功能，在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)沒有人進(jìn)行垃圾投放，單片機(jī)會(huì)自動(dòng)切斷除了人體紅外感應(yīng)模塊的所有電路，進(jìn)而單片機(jī)進(jìn)入休眠模式起到保證系統(tǒng)能盡最大的能力降低能源的消耗。系統(tǒng)中設(shè)計(jì)語(yǔ)音播報(bào)功能，該語(yǔ)音系統(tǒng)提示人們進(jìn)行垃圾分類投放，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的目的。系統(tǒng)在休眠模式的時(shí)候可以根據(jù)人體紅外傳感器來喚醒單片機(jī)重新進(jìn)行工作。

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

(3)和諧的語(yǔ)音播報(bào)功能。系統(tǒng)可以根據(jù)不同的場(chǎng)合發(fā)出一些溫馨有趣的語(yǔ)音提示，在使用的同時(shí)還可以進(jìn)行娛樂，這也吸引了小孩子眼球進(jìn)而使孩子從小養(yǎng)成一種節(jié)能環(huán)保、愛護(hù)環(huán)境的習(xí)慣。

三、智能垃圾桶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架

智能垃圾桶主要是由主控系統(tǒng)、測(cè)量單元、電源管理模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。系統(tǒng)主要以人體紅外傳感器和光電傳感器為主的測(cè)量機(jī)構(gòu)，通過人體紅外傳感器來檢測(cè)是否有人在投放垃圾，如果檢測(cè)到有人提靠近投放垃圾則自動(dòng)打開垃圾桶桶蓋。而光電傳感器則是通過檢測(cè)垃圾桶內(nèi)的垃圾狀態(tài)，如果垃圾的數(shù)量達(dá)到預(yù)定的數(shù)量時(shí)則會(huì)引發(fā)系統(tǒng)通過GSM模塊給保潔人員發(fā)送提示信息，以保證系統(tǒng)的時(shí)刻干凈衛(wèi)生?？驁D左邊的是系統(tǒng)的測(cè)量模塊，右邊則是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)而中間的則是系統(tǒng)的核心部件中央處理器，主要起控制各個(gè)部件工作的作用。

四、智能分類垃圾桶方案設(shè)計(jì)思路

中國(guó)現(xiàn)在正在建設(shè)綠色、美麗的中國(guó)，智能分類垃圾桶正符合現(xiàn)在的形勢(shì)。此設(shè)計(jì)的主要目的是逐漸引導(dǎo)人們轉(zhuǎn)變理念、思想，認(rèn)識(shí)到每一個(gè)人都有保護(hù)環(huán)境的責(zé)任，自發(fā)地保護(hù)環(huán)境。

4.1射頻識(shí)別模塊

本設(shè)計(jì)采用射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾的智能分揀。在用戶投放垃圾時(shí)，RFID能夠讀取到垃圾的信息，并根據(jù)信息對(duì)垃圾進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別后再利用頻率信號(hào)將信息由RFID標(biāo)簽傳送至RFID閱讀器，通過中間件處理后傳至單片機(jī)[1]。如果標(biāo)簽信息與單片機(jī)庫(kù)文件里的信息匹配成功，則通過機(jī)械結(jié)構(gòu)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(qiáng)等智能分類的特點(diǎn)。

4.2普通垃圾分類

非金屬垃圾通過RFID檢測(cè)，識(shí)別到標(biāo)簽信息，將標(biāo)簽信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，再通過單片機(jī)與其庫(kù)文件里信息對(duì)比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)垃圾的精確分類。如果未識(shí)別到標(biāo)簽信息，就重新檢查；若還是不能識(shí)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(biāo)簽與金屬混在一起后，會(huì)有金屬隔離，標(biāo)簽信息會(huì)出現(xiàn)亂碼。解決辦法有三種：一是當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到亂碼時(shí)，單片機(jī)可以當(dāng)作檢測(cè)到金屬來處理，但電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)也可能出現(xiàn)技術(shù)出錯(cuò)，導(dǎo)致出現(xiàn)亂碼，因此此方法有一定缺陷；二是用金屬探測(cè)儀來檢測(cè)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(zhì)，或者人們?nèi)永鴷r(shí)檢測(cè)到其身上存在金屬物品，就容易出錯(cuò)；三是使用抗金屬RFID電子標(biāo)簽，可以有效地避免出現(xiàn)亂碼的情況，但是此類標(biāo)簽價(jià)格比普通的電子標(biāo)簽貴兩到三倍。通過比較，采用抗金屬RFID電子標(biāo)簽符合精準(zhǔn)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(biāo)簽。

五、智能分類垃圾桶的功能優(yōu)勢(shì)

5.1裝置功能

（1）自動(dòng)識(shí)別及智能分類：通過RFID技術(shù)對(duì)信息的多幀重復(fù)識(shí)別后將信息傳遞給單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)接收的標(biāo)簽信息對(duì)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(shí)現(xiàn)垃圾的精準(zhǔn)分類回收。

（2）安全環(huán)保智檢：（a）安全監(jiān)測(cè)。垃圾桶內(nèi)安裝溫度傳感器，利用溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)垃圾桶內(nèi)部溫度，一旦高于安全溫度，立即通過單片機(jī)調(diào)用語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。（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(duì)垃圾桶存儲(chǔ)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過單片機(jī)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(shí)便于清潔人員按時(shí)清理垃圾。

5.2功能介紹

（1）射頻技術(shù)識(shí)別垃圾是否可回收：本設(shè)計(jì)通過RFID技術(shù)將微芯片嵌入產(chǎn)品制造中，產(chǎn)品在制造初期錄入是否可回收的信息，微芯片會(huì)向掃描器自動(dòng)發(fā)出各類產(chǎn)品的既定信息，從而實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品的識(shí)別以及對(duì)已回收垃圾信息的后續(xù)處理。當(dāng)垃圾桶檢測(cè)到電子標(biāo)簽后，自動(dòng)錄入產(chǎn)品信息。整個(gè)過程不需要像條形碼技術(shù)那樣進(jìn)行人工掃描。

（2）智能分類：垃圾桶對(duì)垃圾完成RFID識(shí)別后，芯片記錄垃圾的類別信息，然后傳遞給單片機(jī)，一旦垃圾進(jìn)入檢測(cè)分類區(qū)，單片機(jī)將垃圾信息與其庫(kù)文件信息比對(duì)，比對(duì)成功后就通過控制機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)打開相應(yīng)區(qū)域；如果比對(duì)不成功，則垃圾桶不可回收區(qū)域打開，實(shí)現(xiàn)了垃圾檢測(cè)分類的功能。

（3）實(shí)時(shí)檢測(cè)垃圾桶內(nèi)儲(chǔ)存容量與溫度：使用溫度傳感器對(duì)垃圾桶內(nèi)部溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，規(guī)避由于內(nèi)部器件發(fā)熱以及外部因素所導(dǎo)致的溫度高于安全溫度引起安全問題的風(fēng)險(xiǎn)。置于垃圾桶頂部的超聲波傳感器能實(shí)時(shí)檢測(cè)垃圾桶有效存儲(chǔ)空間，當(dāng)垃圾桶裝滿時(shí)發(fā)出信號(hào)，通過單片機(jī)控制顯示屏幕，提醒清潔人員對(duì)垃圾進(jìn)行處理。

（4）自動(dòng)報(bào)警：在溫度傳感器的嚴(yán)格監(jiān)測(cè)下，當(dāng)垃圾桶溫度高于安全溫度時(shí)，垃圾桶的報(bào)警裝置立即啟動(dòng)，同時(shí)自行停止一切工作。

六、智能分類垃圾桶創(chuàng)新點(diǎn)

（1）精準(zhǔn)識(shí)別：RFID技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾的精確識(shí)別。利用射頻信號(hào)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(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物體所攜帶信息的自動(dòng)化提取和識(shí)別，發(fā)射的電磁波碰到目標(biāo)后反射，同時(shí)帶回目標(biāo)信息的特性，將信息傳遞給單片機(jī)。而且只要閱讀器天線布置合理，理論上就不存在檢測(cè)死角，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電子標(biāo)簽的無漏識(shí)別。

（2）多幀糾錯(cuò)：在保證閱讀器同時(shí)識(shí)別、逐個(gè)讀取RFID電子標(biāo)簽信息的條件下，通過針對(duì)同一標(biāo)簽進(jìn)行多幀重復(fù)識(shí)別，同時(shí)保留所有檢測(cè)的數(shù)據(jù)。最后對(duì)所有暫存的各幀標(biāo)識(shí)碼數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯(cuò)處理，即取相同識(shí)別度次數(shù)最多的數(shù)據(jù)作為實(shí)現(xiàn)智能精準(zhǔn)分類的正確標(biāo)簽數(shù)據(jù)，從而達(dá)到糾錯(cuò)的目的，將垃圾分類的精度提高到至少99%。

總結(jié)

本文中先分析總結(jié)當(dāng)前垃圾的現(xiàn)狀和缺陷，參考現(xiàn)有智能化的同類并添加了GSM技術(shù)形成屬于一種極具科技技術(shù)的額產(chǎn)品。通過融合成熟的技術(shù)。設(shè)計(jì)出了基于GSM模塊的智能垃圾桶。該產(chǎn)品的時(shí)效性高、功能強(qiáng)大、性能完善、功耗低、開發(fā)成本低，相信能夠給社會(huì)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(chǎng)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(yīng)用前景廣泛。與傳統(tǒng)垃圾桶相比，該系統(tǒng)具有強(qiáng)大的功能、賦予人類的思想添加科技元素，不僅僅具有語(yǔ)音提示的功能，與此同時(shí)還可以隨時(shí)通知保潔人員來及時(shí)清理垃圾，相信該系統(tǒng)能夠造福百姓。造福社會(huì)。

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