基于机智云物联网的智能垃圾桶设计

z3512641347 · 发表于 2019-12-5 09:47:18

前言

目前我国各城市包括首都正在深入开展争创国家卫生城市活动，这是全国爱国卫生运动委员会办公室评选命名的国家级卫生优秀城市的最高荣誉，是一个城市综合素质的重要标志。沈阳市正在深入开展创建国家卫生城市和建设国家健康城市(以下简称“双城双创”)工作，全面加强区域卫生基础设施建设，促进城乡环境卫生改善，营造整洁健康的市容环境，解决与人民群众切身利益息息相关的社会卫生问题，争创生态宜居的健康示范城市。该产品的投放使用将使普通市民从不随手乱扔垃圾这样的点滴小事做起，养成良好的卫生健康习惯，成为“双城双创”的主动参与者，踊跃参与到环境治理中来，成为“双城双创”的积极践行者。在逐步完善长效管理机制中，智能垃圾桶的使用可以是人人可见的亮点。

概述

本系统是一个物联网下智能化控制系统，它运用了传感器、通信技术、无线传输技术、及自动控制技术等，交叉了多种学科技术。主要研究内容如下：

（1）桶身外部主体及桶盖以HDPE（高密度聚乙烯）为基底附加金属烤漆工艺，内部为不锈钢双色桶胆，绿色为可回收，红色为不可回收。桶身后侧置有扶手，将扶手旋开，内部桶胆向后倾斜约60度用于回收垃圾袋，将新的回收袋固定在卡槽上将桶胆推回并关闭扶手。

（2）桶盖开启：采用红外传感器和舵机实现，红外传感器感应到人手接近时，把信息传给开发板，开发板同时将开启命令传给舵机，舵机工作，开启桶盖，延迟4至5秒后关闭。

（3）语音提示：考虑到人们垃圾分类做的并不是很理想，桶盖开启同时通过语音提示人们按类别丢放垃圾。垃圾桶集满状态时，向人们提示垃圾桶已满。

（4）垃圾状态信息检测：在垃圾桶底部到顶部5/6处安装传感器，两侧桶壁各有一个传感装置。当垃圾集到此处时，传感器将信息传给开发板，开发板将信息通过WiFi上传云端，环卫工人手机从云端接收信息。

（5）物联网及手机APP设计，环卫工人使用手机APP从云端接收垃圾桶状态信息，了解已装满垃圾桶的位置信息，指导环卫工人工作。

主控系统

智能垃圾桶的主控系统是通过红外模块将识别到的数据，传送给MCU进行处理，然后MCU将数据数据传送给舵机模块控制舵机的运动。同时将数据通过A9G模块传送到机智云平台，然后再由机智云平台传送到手机APP。智能垃圾桶上电后开始初始化，检测各个设备是否正常，然后发送AT指令到A9，然后通过A9G模块连接机智云。红外检测模块开始工作，如果检测到红外信号，红外传感器将数据传送到MCU，MCU再将处理的数据传送到舵机，实现开盖与关盖功能，如果桶内传感器检测到桶已经装满，将会发送数据到手机APP端进行通知，同时关闭桶盖。

数据传输

联网采用机制云物联网云平台，通过SIM卡进行通信，MCU发送数据到A9G模块，然后数据通过机智云平台传送到手机APP进行显示。需要上机智云官网注册一个账户，然后生成相关的密钥，每个密钥和每个产品相匹配。如果想要进行数据通信，需要设置数据点。

上电初始化成功后，电源灯亮起说明灯光电源工作正常，初始化指示灯亮起说明整体系统工作正常。上电后，通过串口助手，发送指令AT+，如果A9G模块返回OK，则联网成功。在机智云官网调试台上显示数据接收成功，说明联网成功，芯片工作正常。垃圾桶的通信记录可以在设备日志的记录详情中的上下线记录中找到。

智能垃圾桶结合物联网平台是一种新的尝试，在做成成品之前，需要先验证功能的正确性，智能垃圾桶在市场应该还有一定的发展前景。

具体硬件实现

智能垃圾桶具体硬件模块分为单片机最小系统、人体感应电路模块、红外感应模块、舵机驱动模块和电源电路模块。对整个系统起逻辑控制作用的是本设计的主控模块，它是整个系统最重要的组成部分，也是整个系统的核心。由于STC15W408AS比其它型号芯片具有更优的性能，于是本设计采用的是前者。

人体感应电路模块采用MH-B型红外距离传感器。该传感器连接方式简单易懂，将输出端口能够直接与MCU 输入输出端口相连电路便可以工作，具体连接方式为：传感器电源与单片机电源相连，传感器接地端与单片机接地端相连，输入与输出相连。

红外感应模块的设计采用了TCRT5000红外反射距离传感器，传感器工作电压3.3V～5V，供电后，电源指示灯点亮，当遇到障碍物时，电源指示灯和开关指示灯同时点亮，而在单片机开发板上，当遇到障碍物时D4指示灯点亮，颜色为RED，并且蜂鸣器会发出报警，提示人们要及时清理垃圾。

舵机驱动模块要通过舵机的正反转来模拟垃圾桶的开关盖。它的工作过程主要分为三个步骤：首先，舵机本身带有一个控制信号，这个控制信号的周期为20毫秒，宽度为0.5毫秒，其次，在舵机工作过程中，当它收到这个信号时，马上会产生另外一个负的脉冲信号，最后，将这两个脉冲信号进行比较，如果输入信号的脉冲宽度大于负脉冲信号，就会得到正的差值，舵机会根据这个差值的大小能够旋转不同的角度；若输入信号的脉冲小于负脉冲信号，就会产生一个负的差值。产生正差值情况下，舵机顺时针偏转，产生负值的情况下，舵机逆时针偏转，差值越大，旋转的角度越大，差值越小，旋转的角度越小，当差值被旋转角度不断消耗完后，舵机就不再继续偏转了。

电源电路提供两种供电形式，一种是使用稳压电源供电，另外一种是利用电池供电，在电源供电过程当中二极管D5的作用是为了避免电源接反而造成的短路，起到保护电路的作用。由于整个设计采用的均是5V直流电，因此引用LM2940可以将9V电压转化为系统所需的电压，从而供系统正常使用。

电容C1、C2是电源滤波电容，起滤波的作用，能够让系统得到稳定的电压，保证系统正常工作。当外界发生变化时，电容的电压变化很小，不像其它器件那样产生突变的电压，于是，它能够防止电压大幅度波动。

总结

智能垃圾桶虽然市面上很常见，但是大多数的功能不是很完善。物联网将是未来几年的发展趋势，抓住物联网才能在将来有所发展。本文对智能垃圾桶做了细致全面的分析和介绍，能够帮助人们更好地了解智能垃圾桶的功能。系统分为人体感应模块、主控模块、驱动模块、电源模块等主要模块，围绕单片机芯片为核心进行设计，对系统的软硬件进行了设计、制作和调试。通过程序的烧成，证明该系统是可行的，能够满足设计的基本要求，达到了设计目标。