智能分类垃圾桶的研究与设计

王妮 王建萍 林瑞冬 陈欢 倪旭 范国婷 侯大有

摘要：通过研究物联网技术，红外感应，STC89C5芯片以及温度触觉传感器的工作原理和方法，设计出智能分类垃圾桶，实现可回收与不可回收垃圾的智能分类以及对垃圾桶的实时检测。该智能分类垃圾桶具有集成程度高、价格低廉、智能化、易于使用，节省能源利用率等特点。

关键词：STC89C52芯片;红外感应;温度触觉传感器;物联网技术

中图分类号：TP311     文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）26-099-02

開放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： By studying the internet of things technology， infrared sensor， STC89C52 chip and the working principle and method of temperature tactile sensor， this paper sesigns the intelligent classification of garbage cans， realizes the intelligent classification of recyclable and non-recyclable garbage and real-time detection of garbage cans. The intelligent classification bin has the characteristics of high integration， low price， intelligent easy to use and energy saving.

Key words： STC89C52 microcontroller; infrared induction; temperature tactile sensor; internet of things technology

1 引言

随着城市的发展，人口的增加，消费水平逐步提高，同时伴随着大量垃圾的产生，如果垃圾不能及时分类处理，城市就会受到被垃圾包围的威胁。智能分类垃圾桶的设计，必定能为人类解决垃圾围城这一问题提供强有力的帮助。通过调查发现，尽管智能垃圾箱的概念先前有人提出，但基本都不具备自动分类功能，智能功能主要体现在感应人体接近功能、自动打开垃圾箱门功能、语音提示功能等，基本都需要提示的方法去提醒人们。同时智能垃圾桶的分类缺乏对应的第三方产品，各个接入设备之间不能兼容，公用性差，不利于产品的研发与扩展。另外，有的系统成本过高，严重影响了产品的普及。

文章基于STC89C52芯片，设计一款符合现代需求的智能分类垃圾桶。通过研究STC89C52芯片及温度接触传感器的工作原理和方法[1]，设计出基于STC89C52芯片及温度接触传感器的智能分类垃圾桶[2]，实现智能检测垃圾材料，正确选择垃圾投放入口，及时提醒用户倾倒垃圾等。

2 硬件设计

以STC89C52芯片作为主控芯片，该款MCU内部集成了三个时钟中断以及两个外部中断，通过 GPIO采集外部数据，经过算法处理，输出两路PWM波，利用串口与蓝牙通信，最终数据返回至APP显示，如图1所示。系统的辅助电源由7.4 V、2200 mAh的20C锂电池独立供电，外接太阳能电池板作为锂电池的充电方式。将7.4 V的直流电压降压至5 V，升压至9 V，为系统各个模块独立供电。

2.1 系统输入

系统输入分为红外传感器输入[3-4]与金属传感器输入[5]。

红外1 检测是否有丢垃圾的趋势，系统设置距离垃圾桶15 cm为开启垃圾桶盖的标志位，红外2及红外3分别安装在垃圾桶内部两个独立的分区，用来检测桶内垃圾的高度是否已经达到了一定值（可回收与不可回收垃圾类的垃圾是否已经装满）。

温度接触传感器安装在垃圾桶的顶部，与红外传感器1并行处理，判断将要投掷到垃圾桶里的垃圾是否为可回收垃圾，所有的系统输入均已经过硬件二值化处理成为GPIO能接受的高低电平。

2.2 系统输出

系统输出分为舵机与蓝牙模块。舵机1由系统输出的PWM 波1驱动，控制垃圾桶的开盖与关盖。舵机2由PWM波2驱动，控制垃圾桶对可回收与不可回收垃圾的分类。垃圾桶内的可回收与不可回收，垃圾类装满与否的信息由MCU输出至蓝牙，再由蓝牙将信息传输到手机APP，以便用户了解垃圾桶内部的情况。

3 系统软件设计

互联网的高速发展，很多相关知识都是通过手机客户端传达给大家的，所以设计一款相关的软件，对于垃圾分类知识的普及很有必要，同时完成垃圾桶内的可回收与不可回收，垃圾类装满与否的信息的传递。软件流程图如图2所示。

3.1 温度接触传感器与模式选择数据处理

在MCU接收到红外1的低电平信号时，系统做100 ms的延时，在该延时期间，将温度接触传感器的输出读入到P32的中断入口，设置触发中断方式为下降沿触发，温度接触传感器输出的是类似PWM形式的波形，在每个下降沿触发中断信号时将counter 计数信号加1。系统判断物体是否为可回收垃圾的算法是将P32的电平和counter计数信号做与运算处理，保证了系统识别可回收材料的能力。在红外2和红外3返回信号都为高电平时，可以自由开盖;当红外2和红外3至少有一个为低电平时，MCU根据温度接触传感器的回读信号，选择PWM的占空比。该算法负责在垃圾桶某一部分已经装满时，针对相应类型的垃圾，正确地做出是否开盖处理。

4 系统检测

1） 当有垃圾进入智能垃圾桶时，STC89C52芯片与红外线检测器相结合，红外线1检测是否有垃圾投掷输出信号到MCU1。

2） 红外线2及红外线3判断不可回收垃圾和可回收垃圾是否已满。

3） MCUI将信号传送至舵机MG995R判断是否分类，通过温度触觉传感器判别垃圾是否可以回收并将信息送至舵机LDX-218判断是否进行开盖处理。

4） MCU1通过串口通信到MCU2将已满信息传送至蓝牙HC-05通过信号发送至手机APP。

5 结论

本文通过软硬件的设计，设计了一款智能垃圾桶，通过设计和实验验证，该智能垃圾桶能精准检测到垃圾的投入，并能根据垃圾种类自动分配垃圾的判别和存放，较好地实现了设计要求，具有较好的实用性。

参考文献：

[1] 张哲， 李智， 管四海. 基于STC89C52的智能全自动洗衣机控制系统设计[J]. 微型机与应用， 2017， 36（7）：102-105.

[2] 周强， 管锋， 林琳， 等. 一种自翻盖可压缩多功能智能垃圾桶的设计[J]. 机械， 2016， 43（5）：51-54.

[3] 范立南， 白志强. 基于单片机的智能垃圾桶系统设计[J].仪器仪表用户， 2008（6）：16-17.

[4] 王和平. 智能红外线自动垃圾桶设计[J]. 承德石油高等专科学校学报， 2011， 13（3）：40-43.

[5] 周连杰， 李建清， 吴剑锋， 等. 温度触觉传感器的材质识别仿真研究[J]. 传感器与微系统， 2011， 30（2）.

【通联编辑：梁书】