智能除味分类垃圾桶

乔亚琴，郑 高，何迎侠，成 龙，李 皓

（西安交通工程学院，陕西 西安 710300）

金属对我国现阶段来说其需求量很大，但是我国对金属的重新利用程度并不是很高，所以会产生很多金属类的垃圾，因此很有必要对这类垃圾进行分类。现在我们国家在主要的道路上设置了多种多样的垃圾桶，但分类的效果并没有达到预期。

在实际的运用中，想要实现自动分类垃圾还是较为困难的，只能通过智能研究手段把金属和非金属的垃圾分开。将垃圾完全处理掉是需要很多人力物力的，因为其价格高昂，所以不适用于日常垃圾处理。想要对垃圾资源进行有效分类回收，还要满足环境保护、节能、等方面的要求，我们通过研究设计了这个新型智能除味分类垃圾桶。为了满足现代社会的需求。

1.智能分类垃圾桶的研究与设计

本产品的设计理念主要来自垃圾的结构和功能，能将垃圾桶内的臭气处理掉，和自动分类等等。从智能语音提示入手去设计智能垃圾桶，能够满足人们对垃圾桶在功能上的需求。同时垃圾桶的造型设计与色彩运用设计也是十分重要的。因为人们现在不仅对使用功能有所要求，还对美观与否存在要求。

一是分类回收功能设计。对垃圾进行合理地回收分类能够使得我们更好地去利用垃圾资源。细分城市垃圾的话基本可以分成两个部分，一部分是可回收利用的，另一部分就是不可回收利用的。可以回收利用的垃圾例如金属、塑料瓶、废纸。但是随意扔掉旧电池会使得地下水和环境受到不可逆转的破坏，所以我们就必须要有针对性地对这些废弃物进行一个回收从而避免对环境造成破坏。可以把他们全部堆放在一起，这样就可以把可回收和不可回收的垃圾成功地区分开来。然后还可以采取颜色分类的方法区分，给可回收垃圾桶和不可回收垃圾桶涂上不一样的颜色，使得人们在投放垃圾的时候更容易进行区分。二是吸附性设计。垃圾桶的作用是能够对垃圾进行一个暂时的存储，但有些垃圾在桶内分解后会散发出臭气，所以应该改善垃圾桶在这方面的问题[1]。使用吸附性的材料能够使得腐烂的气味能减少一些，后面再利用臭氧彻底将味道除掉。三是自动翻盖。传统垃圾桶是人手动开盖，或用脚，人与垃圾桶有直接接触，因此会增加细菌的传播几率。本产品采用红外线感应传感器[2]，物体识别以及有人靠近打开盖子，当垃圾扔进去的时候，红外线感应传感器再次感应，盖子自动就关上了。四是智能语音。在垃圾桶上设有系统的声音模式，当靠近垃圾桶的时候，智能语音系统就会提示人们把垃圾扔进正确的垃圾桶[3]。

2.产品结构

我们把一个开口放在垃圾桶的顶部，并且把桶盖设置在开口的上边，垃圾桶的盖子结构指向其头部的上部，它打开到中央盖端旋转轴的方式，一边打开通过垃圾桶的另一侧打开两侧，一个桶体从盖子的另一侧穿透上，打开侧措施处理侧满足两个手柄，这表明每个开关。分区，然后你听到的是高度三分之二的管子设置顶部内部电池和吹风机的一侧，吹风机打开风扇与建立在电池的顶部和侧面，安装在磁铁和电容器之间。桶体上装有智能芯片和红外传感器[4]（如图1）。

图 1 产品结构图

制造这种装置后，在盖上安装了一个语音设备，在垃圾桶桶身上放置了能够吸收太阳能量的电池板。然后把这块电池板和电容器连接在一起，电容器为智能芯片、红外传感器、语音发生器和烘干机供电。在出口处再放置一个智能芯片，两者同步进行，并且将他们同语音系统想联系起来，能够相互配合。

3.具体的设计和研究与发展战略

一是对垃圾的初步分类。一旦物体到达上部入口，传感器发送一个信号，该信号在内部运行，输送机能够使得物体本身得到一个缓冲的作用，然后传送带不断移动的时候就会自动地落入到小孔之中。将小纸、塑料和其他光物体吹到右圆柱的端。通过磁铁具有吸力的这个物理特性，使得金属能够与磁力相互吸引，同时还设置了一个隔板，以免垃圾混乱。二是节能环保。现在设计的垃圾桶配备了太阳能电池板来收集能源。通过这种方式每天可节省0.87千瓦的电力，从而达到节能环保的设计目标。三是自动监控芯片。在垃圾桶的集成电路中设置智能芯片[5]，每次收集垃圾时，垃圾桶的无线电波都会被定向发送到垃圾桶管理者的手机上，这样能够使得管理者工作起来更加快速便捷。只需要通过手机上边的定位便可以知道哪个地方的哪一台设备出现了问题。这样就可以更加快速并且准确地解决问题。四是警报系统。这个产品通过GPS定位[6]，当垃圾箱被人为的移动超过5米时，系统就会通过扬声器发出警报，并且将信号和位置发送至我们的服务站电脑终端与工作人员手机终端上。这避免了因垃圾桶丢失而造成经济损失。五是物联网传输。桶内装有传感器和物联网模块部分，当垃圾桶内垃圾填满时会自动连接并通过物联网[7]网站可以实时反映出垃圾桶已填满并保持关闭状态，并将信息推送至相关工作人员客户端，提醒及时回收垃圾。六是中央处理器。中央微处理器连接风扇散热、使用传送带、识别元件、红外线传感器、GPS、罐盖控制开关路由器和（OS、Android）客户端、防布器、定时器等元件。而作为信息交换中心，它用于接收、处理和传输信息。七是优化线路。垃圾回收时，在 Android、OS客户端中[8]，该系统采用简单的算法计算方式，计算出最优的清理回收路线，使垃圾回收效率更加高效。八是数据整合。通过敏感传感器，当每天丢入的垃圾量达到峰值时可以统计，可以识别产品纠察区的居民生活习惯、消费水平和聚集人群的密集度。由此统计的数据可以统一发给有需要的公司，公司可以将数据进行处理，在必要的时候把产品带到促销中，从而解决研究劳动力、材料、节省时间和库存等问题[9]。九是垃圾压缩。这个垃圾桶可以将扔进去的垃圾的体积进行有效的缩小，使得垃圾桶的利用率得到了极大的提升。远远超过了传统的垃圾桶。

4.硬件框架构成

这套系统将采用一些同种型号的单片机作为芯片并作为主控芯片，这款MUC内部集成中断三个时钟，外部两个时钟中断，通过GPO统计外部的数据组，通过程序运算算法处理，输出两路的幅值相等而宽度不相等的脉冲，利用拓展接口与蓝牙通信，最后将数据整合返回APP显示。

一是数据输入。数据的输入分为两种，一种红外探测器输入，一种金属探测器输入，红外探测器用来检查是否有垃圾进入，这个系统将会安装到距离垃圾填15cm的距离内安装垃圾桶盖。红外线安装在垃圾桶内壁以检查桶中的垃圾有没有将垃圾装。在垃圾桶前边设计的检测器可以有效地检测出人们扔进去的垃圾是不是金属垃圾。二是系统输出。系统输出分为两个模块，一个是舵机另一个是蓝牙模块。系统输出的PwM波1驱动舵机1，垃圾桶的开盖与关盖由舵机1控制。PWM波2驱动舵机2，垃圾桶对金属及非金属的分类由舵机2控制，MCU输出将垃圾桶内的金属类别及非金属类别有没有装满的信息传到蓝牙再由蓝牙把信息传到手机APP，方便用户了解垃圾桶内部的状况。

5.软件结构分析

关于金属传感器和模式选择数据处理。MCU从红外线接收延迟100ms金属传感器输出的p3中断时，在中断样式的入口处设置，将解压金属PWM一系列传感器波形衰减，每次中断信号均匀，其解压每个计数系数信号都加入到其中。一种允许系统使用金属确定物体的计算方法是通过处理p3的电压信号和阻隔计信号来确保系统识别金属物体的能力。红外和红外3都高度敏感,可以自由打开和关闭。关于mcu 使用蓝牙与客户进行通信。此次设计的系统使用了两块STC89C5芯片,第一块是用来处理垃圾桶目前需要完成的任务，而另一块是辅助第一块工作，用来接收第一块所获取到的信息内容。用户还可以通过蓝牙随时随地能够知道这个垃圾桶是处于一个什么样的状态。是已经装满了垃圾还是可以继续往里投入垃圾，都能够及时地知道。当红外线和红外夜视第三代技术至少为低电流时微控电路板选择金属传感器接收的旋转信号和脉冲宽度调制。本算法负责在垃圾桶某一部分已经装满时，针对不同种类的垃圾，从而判断是否需要开盖的选择。

6.实际运用案例分析

在实际的应用中，我们根据硬件和软件相结合设计出了一款比较完善的智能垃圾桶。这款垃圾桶当有人准备扔垃圾靠近时，感应器会自动打开垃圾桶的盖。各种金属扫描后，如果金属内部机器向右打45度，使得金属能够落到左边的专门用来放置金属垃圾的箱里边，在金属槽内，在金属槽内，有色金属如果检测到垃圾，向左偏移45度，这个槽是专门用来存放非金属垃圾的，当垃圾桶已经盛满了垃圾桶的时候，有人继续往里边丢垃圾的话，为了使得里边的垃圾不会漏出来，系统会自动接收到这个信息，选择不会打开垃圾桶。反之若是垃圾桶并没有被装满，则垃圾桶就会选择自动开盖。该垃圾桶智能之处在于拥有蓝牙，可以直接通过蓝牙接收到垃圾桶传过来的信息，使得另一边的客户端能够知道垃圾桶有没有装满，这样就能够在接受信息后及时地对垃圾桶内的垃圾进行清理。

针对系统辅助电源问题，以00mah型锂电池为电源，通过降压和升压电路，处理系统所需的电压50V、74V和9.0V。此外，该分类箱还配备了太阳能电池板，经过实际测试，在室内环境中产生最低输出45MW、最高输出85MW、最低输出100MW和室外环境最高功率650MW。