全自動垃圾桶設計淺談

鄭曉義+邱野

摘 要：全自動垃圾桶具有如下幾種功能：自動開合、檢測分類、壓縮存儲、垃圾袋封口、垃圾推送和換袋步驟的全自動操作。樣機由檢測模塊、分類模塊、壓縮模塊、封口推送模塊以及自動換袋模塊組成，采用剪式機構、收口機構、皮帶傳動機構等機械結構，融合了紅外感應傳感器、金屬傳感器等傳感器信號，采用典型STC89C51芯片控制，將各傳感器所收集到的信號處理分析，控制各個步進電機帶動相應機構運動，實現(xiàn)垃圾桶自動開合、檢測分類、壓縮儲存、封口推送、自動換袋等功能。

關鍵詞：全自動垃圾桶；模塊實現(xiàn)

1 前言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人類生活水平的提高，各式各樣的垃圾在增多，對環(huán)境影響越來越嚴重，人類的日常生活和健康受到越來越大的困擾，傳統(tǒng)的垃圾收集方式已不能滿足現(xiàn)實生活的要求。雨天，無蓋垃圾桶無法實現(xiàn)防雨，導致垃圾難處理，若采用有蓋垃圾桶，人們又不愿去開蓋丟垃圾；夏天，垃圾沒有及時打包處理，異味漫天，影響人類的生活質(zhì)量。另外，對于傳統(tǒng)的垃圾處理，大多是環(huán)衛(wèi)工人進行打包、換袋處理，既不衛(wèi)生也不健康。當下的一些垃圾桶只能實現(xiàn)半自動或部分自動化處理，需要人工的干預，沒有實現(xiàn)真正意義上的全自動化功能。據(jù)此，本文提出一種能夠實現(xiàn)自動開合、檢測分類、壓縮儲存、封口推送、自動換袋等功能的垃圾桶。

2 總體方案

實現(xiàn)功能：當有人靠近垃圾桶丟垃圾時，紅外傳感器感應實現(xiàn)自動開合；垃圾入桶后金屬傳感器檢測是否為金屬垃圾，實現(xiàn)金屬和其他垃圾的分類；垃圾進入垃圾袋后，進行壓縮，減小占空比；當檢測到垃圾袋已裝滿時，實現(xiàn)自動封袋，并將封袋的垃圾自動推送，換上新的垃圾袋。

3 各模塊實現(xiàn)

該全自動垃圾桶的實現(xiàn)，需要通過程序的編寫控制硬件電路借助于機械結構實現(xiàn)

3.1 機械結構

樣機的機械結構相對于基本外部框架，其實現(xiàn)開合、分類、壓縮、收口推送、自動換袋等功能的結構更為重要。樣機開合機構選擇皮帶傳動機構，通過紅外傳感器檢測是否有人會靠近，將此信號送給電機實現(xiàn)電機啟動旋轉，進而將電機旋轉運動轉化為桶蓋的開合運動。垃圾檢測分類的重點在于垃圾的檢測，金屬傳感器的檢測信號作為分類機構的動力，其分類機構通過擋板旋轉即可實現(xiàn)；樣機壓縮機構綜合安裝位置、壓縮效果、機構復雜程度等因素，選用剪式機構來實現(xiàn)垃圾桶內(nèi)的壓縮功能；收口采用收口機構實現(xiàn)，推送功能由電動機傳送；自動換袋用電機帶動卷紙筒，將新垃圾袋運送到中間位置。

3.2 控制部分硬件電路設計

樣機采用典型STC89C51 型單片機，將紅外感應傳感器和金屬傳感器所獲取的數(shù)據(jù)處理分析，控制電機運轉，帶動皮帶傳動機構實現(xiàn)垃圾桶自動開合、擋板旋轉檢測分類、壓縮機壓縮存儲等主要功能。收口機構、推送以及自動換袋功能的實現(xiàn)均是由單片機產(chǎn)生信號實現(xiàn)控制。

3.3 軟件程序設計

本設計在Keil 環(huán)境中采用C 語言編程，借助于單片機的中斷，串并口，設計軟件程序來實現(xiàn)紅外感應、金屬探測、電機驅動調(diào)速等相應功能。

4 實現(xiàn)過程可能存在的問題

該方案在實現(xiàn)的過程中，會有一些問題的存在，例如雨天時如何防雨，紅外檢測如何解決，自動換袋時，如何成功把垃圾袋打開并放到合適位置等。

4.1 雨天如何防雨

我們可以采用在垃圾桶側面開門的方式有效實現(xiàn)防雨，另外垃圾桶的材料可以使用防雨材料。

4.2 紅外檢測如何實現(xiàn)

4.2.1人體感應開關

人體感應類開關又叫熱釋人體感應開關或紅外智能開關。它是基于紅外線技術的自動控制產(chǎn)品，當人進入感應范圍時，專用傳感器探測到人體紅外光譜的變化，自動接通負載，人不離開感應范圍，將持續(xù)接通；人離開后或在感應區(qū)域內(nèi)長時間無動作，延時自動關閉負載。人體紅外感應開關的主要器件為人體熱釋電紅外傳感器，人體體溫一般在36--37度，會發(fā)出特定波長的紅外線，被動式紅外探頭就是探測人體發(fā)射的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的9.5um紅外線通過菲涅爾鏡片增強聚集到紅外感應源上，紅外感應源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能觸發(fā)開關動作。

4.2.2接近開關

接近開關是一種無需與運動部件進行機械直接接觸而可以操作的位置開關，當物體接近開關的感應面到動作距離時，不需要機械接觸及施加任何壓力即可使開關動作，從而驅動直流電器或給計算機（plc）裝置提供控制指令。接近開關是種開關型傳感器（即無觸點開關），它既有行程開關、微動開關的特性，同時具有傳感性能，動作可靠，性能穩(wěn)定，頻率響應快，應用壽命長，抗干擾能力強，并具有防水、防震、耐腐蝕等特點。產(chǎn)品有電感式、電容式、霍爾式、交、直流型，廣泛地應用于機床、冶金、化工、輕紡和印刷等行業(yè)，在自動控制系統(tǒng)中可作為限位、計數(shù)、定位控制和自動保護環(huán)節(jié)等。

5 總結

全自動垃圾桶采用多種傳感器檢測相應的控制信號，配合51單片機實現(xiàn)了桶蓋開閉、垃圾壓縮、垃圾袋封口、垃圾推送和換袋操作的全自動化作業(yè)，實現(xiàn)了垃圾桶的真正的全自動智能化，與普通垃圾桶相比，避免了工作人員與垃圾的直接接觸，更加衛(wèi)生；工作人員只需隔一段時間安放垃圾袋卷并提走打包好的垃圾袋，省時省力。

參考文獻

[1]沈紅衛(wèi) 基于單片機的智能系統(tǒng)設計與實現(xiàn) 電子工業(yè)出版社 2005

[2]蔣伍 智能垃圾收集箱設計 科技風 2016