智能垃圾回收箱及其控制系統(tǒng)

智能高效

遠(yuǎn)程控制

智能垃圾桶回收箱

本文設(shè)計(jì)了基于機(jī)械傳動(dòng)、嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能垃圾回收箱及控制系統(tǒng)，包括結(jié)構(gòu)、硬件和軟件設(shè)計(jì)，以及基于機(jī)智云后臺(tái)服務(wù)器的操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了用戶信息識(shí)別和與垃圾箱的信息交互，測(cè)試結(jié)果滿足了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可提高垃圾回收管理效率，可開(kāi)發(fā)智能回收系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控回收過(guò)程，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)協(xié)作，收集分析數(shù)據(jù)，及時(shí)清理滿載垃圾桶，降低人力成本，改善垃圾箱環(huán)境。

01

分析智能垃圾分類(lèi)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，確定研究目標(biāo)。

02

提出智能垃圾回收箱系統(tǒng)方案，詳細(xì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

03

詳細(xì)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件，包括主控制器、傳感器選型及監(jiān)控系統(tǒng)。

04

詳細(xì)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)軟件，包括云平臺(tái)選擇、信息交互和各模塊實(shí)現(xiàn)方法。

05

測(cè)試智能垃圾回收箱功能，驗(yàn)證云平臺(tái)功能和垃圾投放過(guò)程的有效性。

針對(duì)城市垃圾量大、回收難問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一款智能垃圾回收箱，旨在提高居民分類(lèi)投放積極性，減少可回收物浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)垃圾再利用。系統(tǒng)分為機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程平臺(tái)。根據(jù)功能要求，回收箱可處理紙張、金屬、塑料和織物等多種垃圾，提高回收效率。

01

用戶識(shí)別：通過(guò) IC 卡或者手機(jī) APP 上的二維碼對(duì)用戶的身份進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證成功后方可投放垃圾。

02

回收門(mén)控制：能夠自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)，在 LCD 屏上顯示開(kāi)關(guān)門(mén)狀態(tài)；開(kāi)門(mén)時(shí)伴隨有語(yǔ)音提示，關(guān)門(mén)時(shí)系統(tǒng)帶有防夾手檢測(cè)、防擠壓檢測(cè)、滿溢檢測(cè)等功能；后臺(tái)監(jiān)控垃圾滿溢之后，遠(yuǎn)程提醒工作人員及時(shí)對(duì)回收物進(jìn)行處理。

03

垃圾稱重：對(duì)用戶投放的垃圾進(jìn)行稱重，將稱重?cái)?shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)。并能夠檢測(cè)桶內(nèi)垃圾是否減少，投放垃圾質(zhì)量太輕時(shí)，能夠過(guò)濾重量

04

LED 顯示：顯示設(shè)備的工作狀態(tài)和垃圾投放狀態(tài)。

05

系統(tǒng)開(kāi)機(jī)自檢：設(shè)備開(kāi)機(jī)時(shí)，能夠自動(dòng)檢查設(shè)備的狀態(tài)，減少后續(xù)使用時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題。

內(nèi)部若放置容積 240L 的垃圾桶，容積過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致智能垃圾回收箱外形尺寸過(guò)大，不方便用戶投放；容積過(guò)小，會(huì)增加垃圾清運(yùn)的頻率，比較后選擇僅次于最大容積的 120L 容量垃圾桶放置于回收箱內(nèi)部。

長(zhǎng)度方向設(shè)計(jì) 210mm 余量，由于箱體在寬度方向需要安裝的元器件較多，設(shè)計(jì) 550mm 的余量，高度方向設(shè)計(jì) 660mm 余量，以便放置稱重裝置和開(kāi)關(guān)門(mén)裝置。所以，智能垃圾回收箱總長(zhǎng)度為（210+550）×4=3040mm，寬度為 470+550=1020m，高度為 920+660=1580mm。

每個(gè)分箱有獨(dú)立的回收物投放口和內(nèi)置垃圾桶，當(dāng)桶滿時(shí)，可取出并運(yùn)往公司處理。箱體配備四種回收物投放口的控制按鍵，前面有掃碼裝置用于身份確認(rèn)。中間的顯示屏顯示運(yùn)行狀態(tài)，并實(shí)時(shí)反饋投放信息給居民。頂部攝像頭監(jiān)控投放情況，防止盜竊。智能垃圾回收箱的三維模型見(jiàn)下圖。

投放口開(kāi)關(guān)門(mén)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)垃圾箱的投放口是手動(dòng)打開(kāi)的，用戶投放垃圾時(shí)手上容易沾染垃圾桶中的細(xì)菌，對(duì)人體健康產(chǎn)生布良影響。

#部分智能垃圾箱的投放口采用彈出開(kāi)蓋式，桶蓋打開(kāi)速度很快，人在沒(méi)有防備的情況下容易受到傷害。針對(duì)上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)的智能垃圾回收箱采用不接觸垃圾桶、滑蓋式的開(kāi)關(guān)門(mén)機(jī)構(gòu)。

投放口防夾手機(jī)構(gòu)由固定板、活動(dòng)板、彈簧裝置、連接板、開(kāi)關(guān)觸板、行程開(kāi)關(guān)、限位板、固定件組成。開(kāi)關(guān)門(mén)機(jī)構(gòu)通過(guò)連接裝置控制投放門(mén)的閉合，固定板安裝在投放門(mén)上，隨投放門(mén)同步運(yùn)動(dòng)。

限位板的固定件安裝在固定板中，限位板中有滑槽，固定件可在滑槽內(nèi)滑動(dòng)，固定板和活動(dòng)板兩邊安裝有平行的限位裝置和行程裝置。與活動(dòng)板相連的連接板與彈簧下端連接，固定板與彈簧上端連接，位于固定板的中部。

此方案中垃圾投放門(mén)關(guān)閉接觸到人體時(shí)，有彈簧裝置作為緩沖，兩邊的固定件沿著限位板滑槽滑動(dòng)，減少了對(duì)人手的擠壓力度。當(dāng)固定件滑到滑槽最大行程時(shí)，開(kāi)關(guān)觸板也會(huì)觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)向改變，回收門(mén)再次打開(kāi)?；厥臻T(mén)關(guān)閉時(shí)，投放口若有物體存在，此裝置就會(huì)重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)過(guò)程，直到用戶將垃圾完全投入到智能垃圾回收箱內(nèi)。

01

回收物稱重機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

回收物稱重方式在回收箱中安裝稱重裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，每個(gè)垃圾桶采用一個(gè)傳感器進(jìn)行稱重，安裝在箱內(nèi)垃圾桶下方，結(jié)構(gòu)如圖。

02

回收物壓縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

垃圾滿溢后，會(huì)有工作人員清理，但頻繁清理增加成本。為減少清理頻率，智能垃圾回收箱內(nèi)設(shè)計(jì)了壓縮裝置，使垃圾密實(shí)，增大存儲(chǔ)量，不影響居民使用。壓縮裝置由電機(jī)、螺桿等組成，通過(guò)正反轉(zhuǎn)控制壓塊的升降，當(dāng)垃圾達(dá)到一定高度時(shí)，壓塊開(kāi)始?jí)嚎s。

智能垃圾回收箱功能多、數(shù)量多，設(shè)計(jì)一個(gè)功能全面、費(fèi)用適中的核心控制系統(tǒng)非常重要。主要功能模塊如下：

01

主控制器
STM32 單片機(jī)是一款接口豐富、性價(jià)比高的單片機(jī)。該控制器能夠同時(shí)控制多個(gè)功能模塊，且聯(lián)網(wǎng)方便，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程后臺(tái)的控制。

02

電源模塊
智能垃圾回收箱一般在居民小區(qū)里投放，可以連接至小區(qū)的電力系統(tǒng)，市電經(jīng)電源模塊轉(zhuǎn)換為其它模塊正常工作所需要的電壓。

03

稱重檢測(cè)模塊
要實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾的稱重，須在回收箱里內(nèi)置傳感器，對(duì)居民每次的垃圾投遞操作進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，上傳數(shù)據(jù)。當(dāng)垃圾超重時(shí)，能夠發(fā)出信號(hào)，通知工作人員進(jìn)行處理，當(dāng)垃圾減少時(shí)也能夠發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

04

顯示模塊
在智能垃圾回收箱上安裝液晶顯示屏，通過(guò)界面顯示可以提醒用戶進(jìn)行合理操作，同時(shí) LED 指示燈顯示設(shè)備的工作狀態(tài)。

05

電機(jī)控制模塊

電機(jī)控制模塊控制步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)對(duì)智能垃圾回收箱投放門(mén)進(jìn)行控制，直流電機(jī)對(duì)智能垃圾回收箱中的垃圾進(jìn)行壓縮和控制滅火球的啟用。

小結(jié)

從智能垃圾回收箱的功能需求出發(fā)，提出了智能垃圾回收箱的總體方案。對(duì)智能垃圾回收箱的總體結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，提出了硬件和軟件相配合的控制系統(tǒng)方案。