智能垃圾分揀箱的設(shè)計(jì)

溫文雅　高瑞　郭福雁　胡佳程

摘 要：本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種垃圾自動(dòng)分揀箱，該分揀箱可以對(duì)金屬、瓶罐、果皮和紙張進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，分類并根據(jù)垃圾桶中的垃圾容量通過短信提醒相關(guān)人員及時(shí)對(duì)其進(jìn)行回收。整個(gè)系統(tǒng)由太陽能供電，并且設(shè)置了可以自動(dòng)根據(jù)環(huán)境調(diào)節(jié)量亮度的夜間照明部分。

關(guān)鍵詞：智能垃圾分揀；垃圾箱；GSM；42型步進(jìn)電機(jī)

中圖分類號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）25-0022-02

引言

垃圾分類及回收對(duì)環(huán)境至關(guān)重要，正如陳曉蕾在《剩食》中所說，“垃圾，都是放錯(cuò)位置的資源”。由此可見，如果處理好垃圾分類可以為社會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，處理不好則會(huì)對(duì)自然環(huán)境和人類生活造成巨大影響。然而現(xiàn)階段，垃圾分類的意識(shí)在我國推廣的并不理想，垃圾不分類回收必然難以使它資源化、無害化。所以智能垃圾分揀箱從根本上解決了垃圾混和運(yùn)輸，克服了人工分揀難、不文明的問題，分揀出可回收物直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，從而完成了垃圾處理的資源化、無害化、減量化的全過程，形成了綠色產(chǎn)業(yè)鏈。

1 箱體設(shè)計(jì)

該垃圾箱主要由五個(gè)部分組成，即垃圾類型識(shí)別部分、垃圾自動(dòng)分類部分、供電部分、照明部分和短信提醒部分。這五部分之間相互配合的機(jī)制如下：首先當(dāng)有垃圾進(jìn)入投放口后，垃圾識(shí)別部分將對(duì)投入的垃圾進(jìn)行識(shí)別。識(shí)別完成后繼而由垃圾自動(dòng)分類部分將垃圾自動(dòng)放入對(duì)應(yīng)的桶中。整個(gè)系統(tǒng)由太陽能供電，并在垃圾箱中垃圾達(dá)到一定體積時(shí)通過短信提醒相關(guān)工作人員及時(shí)進(jìn)行回收，同時(shí)設(shè)有可以自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度的夜間照明部分。

2 垃圾類型識(shí)別

本設(shè)計(jì)將垃圾分為金屬類，瓶罐類，果皮類和紙張類。金屬類由金屬傳感器E30-15AO進(jìn)行識(shí)別，瓶罐由兩對(duì)紅外傳感器通過對(duì)物體高度的檢測(cè)來識(shí)別瓶罐，果皮和紙張則由顏色傳感器GY-33來進(jìn)行識(shí)別。具體識(shí)別流程如下：當(dāng)垃圾進(jìn)圖投放口內(nèi)后，金屬傳感器最先動(dòng)作，若檢測(cè)到是金屬則相應(yīng)的金屬指示燈亮起，并帶動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行下一步操作；若不是，則有兩對(duì)紅外傳感器檢測(cè)垃圾的高度是否能達(dá)到一般塑料飲料瓶的高度，若是則相應(yīng)指示燈亮并進(jìn)入機(jī)械結(jié)構(gòu)部分操作；若不是，顏色傳感器開始工作，檢測(cè)器是廢紙還是果皮，若反饋來的RGB.RED的值在400-600之間，則此垃圾為果皮（此處主要檢測(cè)蘋果皮或香蕉皮）；若大于700，則為廢紙（此處廢紙當(dāng)以白色廢紙為主），繼而機(jī)械結(jié)構(gòu)部分開始工作。

3 機(jī)械結(jié)構(gòu)

詳細(xì)說明：

機(jī)械結(jié)構(gòu)部分由底板、立板、絲杠、連桿、撥板組成。其三視圖如圖2。這一部分由兩個(gè)電機(jī)控制，電機(jī)1控制底盤旋轉(zhuǎn)，電機(jī)2控制絲杠移動(dòng)。

（1）當(dāng)垃圾檢測(cè)信號(hào)通過串口通信傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)控制電機(jī)1帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)到垃圾所對(duì)應(yīng)的垃圾桶位置。

（2）電機(jī)1轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)的位置后，單片機(jī)控制電機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲杠，絲杠帶動(dòng)撥板橫向移動(dòng)將垃圾推向?qū)?yīng)的垃圾桶里面。

（3）當(dāng)垃圾被推下后絲杠自動(dòng)返回原來位置。本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)在垃圾自動(dòng)分類后的機(jī)電傳動(dòng)的裝置的正常運(yùn)行。分類的單片機(jī)通過串口通訊，將采集的垃圾類別的信號(hào)傳輸至我們需要的控制單片機(jī)，單片機(jī)運(yùn)用控制芯片，控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾箱轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動(dòng)以及絲杠上和絲杠滑塊聯(lián)動(dòng)的推拉結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行控制。電機(jī)在這里選擇帶有42型步進(jìn)電機(jī)并由TB6600步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。

自動(dòng)分類垃圾回收箱傳動(dòng)裝置需要一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置來旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)到垃圾識(shí)別完的垃圾所對(duì)應(yīng)的分類垃圾箱進(jìn)行最后的堆放工作。最后確定由展示轉(zhuǎn)盤來改進(jìn)，本設(shè)計(jì)選擇35cm的展示轉(zhuǎn)盤，因?yàn)樗坏笮『线m做工和材質(zhì)都能有利于后續(xù)的工作可以裝配42型步進(jìn)電機(jī)，而且能完全實(shí)現(xiàn)我們對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的要求以及有利于后續(xù)支架的搭建。

絲杠選擇帶42型步進(jìn)電機(jī)，有效行程為400mm的T型絲桿線性直線導(dǎo)軌滑臺(tái)。帶有42型步進(jìn)電機(jī)的T型絲杠導(dǎo)軌總長(zhǎng)度400+155mm，有效行程400mm，和轉(zhuǎn)盤的大小相匹配。導(dǎo)軌采用高精度特性專機(jī)多面同時(shí)磨削，激光檢測(cè)等手段，易于保證導(dǎo)軌的制造精度，有利于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌連接在上面的推板在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)到相應(yīng)的垃圾對(duì)應(yīng)的相應(yīng)的垃圾箱所在位置時(shí)分類垃圾推入相應(yīng)的垃圾箱。

本設(shè)計(jì)選擇在市場(chǎng)上常見的壓縮板作為整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)的支架，自己動(dòng)手來制作支架擋板以及所需架構(gòu)。壓縮板支架要能夠承受絲杠以及其他裝置的質(zhì)量。

4 電源的選擇

近年來，國家倡導(dǎo)使用低碳綠色能源，所以本設(shè)計(jì)在垃圾分揀箱的電源選擇上選用了太陽能板搭配12V蓄電池的方式為整個(gè)系統(tǒng)供電。太陽能板位于整個(gè)箱體的頂部，以便更好地接受太陽光并加以利用。轉(zhuǎn)化后的電能將存入位于箱體底部的蓄電池中供整個(gè)系統(tǒng)使用?？紤]到蓄電池的重量，本設(shè)計(jì)將蓄電池放置在箱體最下方，目的是使箱體重心降低提高穩(wěn)定性，避免大風(fēng)刮倒垃圾桶造成內(nèi)部的精密部件損壞。

5 短信提醒

當(dāng)垃圾桶中的垃圾到達(dá)整體容量的80%時(shí)，置于桶壁上的一對(duì)紅外對(duì)射探頭將被觸發(fā)，同時(shí)為了防止投擲垃圾的時(shí)候紅外傳感器對(duì)射被誤當(dāng)，所以紅外傳感器被遮擋時(shí)間超過三秒時(shí)，即單片機(jī)STM32F103持續(xù)接收到此紅外傳感器發(fā)出的低電平信超過三秒時(shí)，STM32F103向GSM模塊發(fā)送一個(gè)指令，使GSM向工作人員發(fā)送短信，提醒工作人員清理該垃圾箱中的垃圾。觸發(fā)的信號(hào)傳遞給STM32芯片的GSM模塊，這樣就可以短信通知相關(guān)人員及時(shí)將桶中即將裝滿的垃圾回收。

6 照明部分

為使垃圾桶在夜晚比較顯眼，本設(shè)計(jì)考慮添加照明設(shè)備。傍晚時(shí)分，光敏模塊檢測(cè)到外界的光照亮度低于設(shè)定值時(shí)，發(fā)出信號(hào)給STM32，請(qǐng)求點(diǎn)亮LED燈。請(qǐng)求信號(hào)被STM32檢測(cè)到后，給LED通電并點(diǎn)亮LED燈。如需調(diào)整LED燈的不同顏色，以增加美觀度和在特殊天氣下便于人們找到垃圾箱，可通過按鍵模塊進(jìn)行相應(yīng)的按鍵，并使LED燈呈現(xiàn)不同的顏色。當(dāng)天快亮?xí)r，光敏模塊檢測(cè)到外界的光照亮度達(dá)到設(shè)定值，發(fā)出信號(hào)給STM32，請(qǐng)求關(guān)閉LED燈。

7 結(jié)束語

本研究是采用STM32系列單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的CPU，全面考慮公共設(shè)施的設(shè)計(jì)原則，拓展了現(xiàn)有垃圾箱的功能，使設(shè)計(jì)更符合智能化和人性化的要求。采用太陽能供電的設(shè)計(jì)以及自動(dòng)調(diào)節(jié)箱體照明的設(shè)計(jì)更是環(huán)保節(jié)能的重要體現(xiàn)。

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