景区智能垃圾桶的设计

崔明珠++董玉华++陈冰

摘要：本文介绍了智能垃圾桶的一种设计方法。该方法基于51系列单片机，实现当人的手或物体接近投物口时，垃圾桶的屏幕上显示垃圾的分类信息。而当垃圾桶满时，会向管理控制中心发送消息，便于及时清理垃圾。这种新型智能垃圾桶环保、节能，是人类进入小康社会取代传统垃圾桶的更新换代产品。

关键词：单片机； 智能垃圾桶； 红外传感器； 压力传感器

中图分类号： TP311

文献标志码： A

文章编号： 2095-2163（2016）06-0124-03

0引言

随着社会的发展和人们环保意识的增强，关于垃圾的投放处理等问题也日渐吸引了大众的关注视线。尤其在旅游景点中，针对垃圾桶的技术功能效果设计即已成为时下学界的重点民生研究课题。

基于此，本文设计了一款智能垃圾桶[1]。当人靠近垃圾桶时，垃圾桶的屏幕上会显示垃圾的分类情况，当垃圾桶内废弃物达到规定值时，会向景区管理中心发送报警信息，提示管理人员及时进行垃圾清理[2]。该款设计一方面节省了景区的人力物力；另一方面，则为普通大众创造了一个干净、整洁的景区环境，进而有助于提升景区声誉，获得良好的社会经济效益。

[BT4]1系统方案设计

基于单片机的智能垃圾桶设计的原理框图如图1所示。研究系统由单片机主控模块、电源模块、显示模块、超声波模块、压力传感器模块、红外模块、GSM模块等构成[3]。为节约能耗，采用太阳能供电。当红外传感器探测到有人或物体靠近时，发送信号给单片机，垃圾桶指示灯亮起，液晶显示屏可用于提供垃圾分类信息、桶内垃圾是否装满等基本信息，用LED灯的不同变化来表征该智能垃圾桶目前正处于怎样的状态。

由图1可知，当桶内垃圾高度达到定量时，系统即向GSM模块发送指令，传送消息给管理人员，使管理人员能够明确获知哪个垃圾桶需要清理。垃圾桶内垃圾信息的判断主要可通过2个指标来评定与衡量：高度与重量。当所装废弃物的高度达到规定值时，就要判断废弃物的重量，如果此时重量也达到规定值，说明垃圾桶已满。双重指标的运用可以避免所装物体体积庞大、且具有弹性的状况，从而有效降低了资源的损耗。具体地，高度的判断是通过超声波测距的方法来计算实现[4]，重量的判断将通過压力传感器来设计实现[5]。红外模块主要是判断是否有人靠近，而通过GSM模块则是向中央控制中心发送报警信息。

[BT4]2系统硬件电路设计

本系统以STC89C52单片机为核心，STC89C52采用Flash存储器技术，制造成本低，并且软、硬件可与MCS-52完全兼容。该单片机不仅成本经济，而且系统体积小巧，可靠性高，因而适合诸多嵌入式控制领域的研究应用。系统的整体原理可如图2所示。

[BT5]2.1显示模块

本次设计采用LCD12864显示模块，12864汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8 192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。与单片机可以采用并行接口，也可以采用串行接口。本次设计中采用了8位并行接口，利用单片机的P0口得到实现。[FL）]

2.2红外传感器模块

本次设计所使用的HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块，采用LHI778探头设计，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备。当有人进入其感应范围则输入高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。5 V供电，当人靠近时，传感器内的感应模块探测到人的活动后控制LED灯的亮灭，可方便管理人员真实了解人群动向[6]。

[BT5]2.3超声波测距模块

本次设计使用US-100超声波测距模块实现测距处理。US-100 超声波测距模块可实现 2 cm～4.5 m的非接触测距功能，拥有 2.4～5.5 V 的宽电压输入范围，静态功耗低于2 mA，自带温度传感器对测距结果进行校正，同时具有GPIO、串口等多种通信方式，并内置看门狗，工作稳定可靠。

[BT5]2.4压力传感器模块

模块中涉及的所用压力传感器采用集成电路HX711，是一款专为高精度称重传感器而设计的24位A/D 转换器芯片，具有两路模拟通道输入，内部集成128倍增益可编程放大器。输入电路可配置为提供桥压的电桥式（如压力、称重）传感器模式，可精准测定垃圾总重量。

[BT4]3系统软件设计

本系统软件设计可分为主程序和各模块子程序，主程序的重要功能是完成对各模块的初始化，各模块子程序的实现功能可做如下解析。

[BT5]3.1超声波测距程序设计

本设计采用串口通信方式，在此模式下只需要在Trig/TX管脚输入0X55（波特率9 600），系统便可发出8个40 KHz的超声波脉冲，然后检测回波信号。当检测到回波信号后，模块即需启动温度值的测量，此后则根据当前温度对测距结果进行校正，而校正后的结果将通过 Echo/RX管脚控制输出。输出的距离值共占2个字节，第一个字节是距离的高8位（HData），第二个字节为距离的低8位（LData），单位为mm。即距离值为（HData*256 +LData）mm。

[BT5]3.2压力传感器程序设计

在本次研发中，设计了使能AD的关键作用。当PD_SCK 置低，表示AD转换未结束则等待，否则开始读取，PD_SCK 置高（发送脉冲），下降沿来时变量Count左移一位，右侧补零，PD_SCK 置低，第25个脉冲下降沿来时，转换数据。经计算可知传感器供电电压约为4.3 V，经过传感器输出后，128倍增益再转换24 bit数字信号，即可得出利用AD值反向转换重力值的计算公式如下：

Weight_Shiwu=（unsigned long）（（float） Weight_Shiwu/429.5）[JY]（1）

3.3显示模块程序设计

本设计中，PSB脚为12864的串、并通讯功能切换，使用8位并行接口，PSB=1。初始化后启动等待，直至LCD进入工作状态，写数据时RS置“1”，RW置“0”，数据写入后，置位使能信号，读数据时也与这一过程同理类似。

4结束语

本文研发设计了一种环保型智能垃圾桶，可以实现人至灯亮、测距、测重等强大功能，而且通过LCD显示还能明确提供垃圾分类、垃圾总重量等重要信息。在后续设计中拟将进一步加入太阳能供电[7]、报警及语音电路等其他功能，可以预期该款产品的应用前景十分广泛，且必将具有实际可观的技术应用价值。

参考文献：

[1]周慧珺，许锦标. 新型智能垃圾桶的设计方案[J]. 广东工业大学学报， 2006，23（3）：85-88，94.

[2] 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.

[3] 董玉华，孙炎辉，马彪. 基于嵌入式的智能家居监控系统设计[J]. 数字通信，2013，40（3）：91-94.

[4] 郭劲松，曹江涛，李欣，等. 基于多传感器信息融合的避障循迹机器人设计[J]. 智能计算机与应用， 2011，1（2）：69-72.

[5] 彭军. 传感器与检测技术[M]. 西安：西安电子科技大学出版社，2003.

[6] 王迪，李世明. 智能家庭安防预警系统的设计[J]. 智能计算机与应用，2016，6（2）：62-63，66.

[7] 戴礼骁，蒋陈苗，薛兵兵，等. 太阳能智能垃圾桶的设计[J]. 电子技术，2013（12）：33-34.[ZK）]