有償智能分類(lèi)回收箱設(shè)計(jì)

陳媛媛 陳丹可 王倩倩

【摘 要】該文章主要介紹根據(jù)回收裝置的功能把系統(tǒng)分為不同的功能模塊；再根據(jù)實(shí)際功能設(shè)計(jì)了PCB電路板，依據(jù)每個(gè)子系統(tǒng)的不同功能擴(kuò)展了相應(yīng)的外部功能模塊，最后搭建了基于μC/OS-11的智能回收軟件平臺(tái)，完成對(duì)FATFS文件操作的移植，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。硬件和軟件完成后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，最終實(shí)現(xiàn)智能分類(lèi)回收箱的功能。

【關(guān)鍵詞】智能回收箱；垃圾分類(lèi)；μC/OS-11

一、概述

伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷騰飛和社會(huì)的快速發(fā)展，日漸增長(zhǎng)的生活垃圾和環(huán)境污染逐漸成為社會(huì)的突出矛盾，盡管我國(guó)政府一直強(qiáng)調(diào)綠色生態(tài)環(huán)境的重要性，但是由于生活垃圾難以形成規(guī)范的管理制度以及市民對(duì)環(huán)保意識(shí)的欠缺，導(dǎo)致生活中的可回收垃圾回收率很低。從資源浪費(fèi)方面來(lái)看，可回收利用的垃圾的丟失是寶貴資源的丟失；從環(huán)境保護(hù)的角度來(lái)看，可回收利用垃圾的丟失是造成環(huán)境二次污染的重要原因。本作品主要設(shè)計(jì)一種針對(duì)生活中垃圾（如瓶狀垃圾、紙質(zhì)垃圾等等）有償回收的裝置。首先根據(jù)國(guó)內(nèi)垃圾回收方式提出了數(shù)字化可回收管理模式；參考國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的回收裝置精心設(shè)計(jì)智能回收箱的外觀(guān)；詳細(xì)的描述智能飲料瓶回收箱的工作過(guò)程，然后在硬件上提出了一種基于CAN總線(xiàn)設(shè)計(jì)的思想，并詳細(xì)的描述系統(tǒng)的總體硬件電路設(shè)計(jì)。

二、有償智能分類(lèi)回收箱系統(tǒng)的構(gòu)成

有償智能分類(lèi)回收箱主要由八個(gè)部分組成，如圖一所示，主控制系統(tǒng)，傳感識(shí)別系統(tǒng)，屏幕顯示系統(tǒng)，太陽(yáng)能充電系統(tǒng)，機(jī)械手臂系統(tǒng)，獎(jiǎng)勵(lì)回報(bào)系統(tǒng)，溢滿(mǎn)報(bào)警系統(tǒng)，分揀機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。

三、有償智能分類(lèi)回收箱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.主控制系統(tǒng)

主控系統(tǒng)采用C/OS-II 操作系統(tǒng)，作用是控制與其他各系統(tǒng)之間的工作。主控系統(tǒng)處理器采用基于 ARM 的 STM32處理器， STM32F103VET6屬于Cortex-M3 內(nèi)核 32 位處理器，它擁有豐富的資源，性能配置非常高。512KB FLASH、2 個(gè)基本定時(shí)器、4 個(gè)通用定時(shí)器、2 個(gè)高級(jí)定時(shí)器、3 個(gè) SPI、2 個(gè) IIC 、5 個(gè)串口、1 個(gè) USB、1 個(gè) CAN、3 個(gè) 12 位 ADC、1 個(gè) 12 位 DAC、1 個(gè) SDIO 接口、1 個(gè)FSMC 接口以及 112 個(gè)通用 IO 口。該STM32F103VET6 自帶外部總線(xiàn)（FSMC），F(xiàn)SMC ，可以用來(lái)外部擴(kuò)展 SRAM 和連接 LCD 等。

2.傳感器識(shí)別系統(tǒng)

采用不同的傳感器（例如紅外傳感器、光敏傳感器等）對(duì)投放者投入的物品進(jìn)行識(shí)別，以大小，質(zhì)量等因素為根據(jù)對(duì)投放者給予相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)。此次設(shè)計(jì)是金屬傳感器和一個(gè)繼電器相連，當(dāng)金屬接近金屬傳感器前方探頭時(shí)， 其內(nèi)部的常開(kāi)開(kāi)關(guān)閉合， 使繼電器通電， 其繼電器常開(kāi)開(kāi)關(guān)閉合形成回路， 向STM32發(fā)送一個(gè)低電平信號(hào)。經(jīng)過(guò)STM32處理， STM32端口發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)。該端口連接一個(gè)發(fā)光二極管的負(fù)極， 其正極與電源相連構(gòu)成回路。當(dāng)?shù)碗娖叫盘?hào)發(fā)出后， 發(fā)光二極管被點(diǎn)亮， 指示此物體為金屬。同樣的，在使用兩對(duì)紅外對(duì)管來(lái)確定垃圾是否為塑料瓶罐。工作時(shí)與一個(gè)繼電器相連， 當(dāng)紅外對(duì)管的對(duì)射被物品遮擋時(shí)， 紅外對(duì)管接收端內(nèi)部的常開(kāi)開(kāi)關(guān)閉合， 使繼電器通電， 其繼電器常開(kāi)開(kāi)關(guān)閉合。當(dāng)STM32接收到低電平信號(hào)后， 經(jīng)過(guò)STM32處理， STM32端口發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)。該端口連接一個(gè)發(fā)光二極管。當(dāng)該端口發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)后， 發(fā)光二極管被點(diǎn)亮， 指示此物體為塑料瓶罐。

3.屏幕顯示系統(tǒng)

采用LED液晶顯示屏對(duì)系統(tǒng)的不同工作狀態(tài)進(jìn)行顯示。在參與者進(jìn)行投放之前，顯示該系統(tǒng)的操作流程，讓參與者對(duì)此系統(tǒng)的使用有一個(gè)了解；在參與者投放之時(shí)，分步顯示操作過(guò)程，對(duì)參與者起到一個(gè)指引的作用，同時(shí)顯示投放者投放物品的類(lèi)型以及相應(yīng)獎(jiǎng)勵(lì)即通過(guò)計(jì)算機(jī)控制將垃圾屬性，回報(bào)金額等顯示出來(lái)。在該回收箱空閑時(shí)，可以播放公益廣告來(lái)起到一個(gè)營(yíng)造良好社會(huì)風(fēng)氣的作用，或者也可以顯示播放相應(yīng)廣告商的宣傳廣告（對(duì)社會(huì)有積極作用的廣告），以達(dá)到額外的經(jīng)濟(jì)創(chuàng)收。

4.機(jī)械手臂系統(tǒng)

機(jī)械手臂是機(jī)械人技術(shù)領(lǐng)域中得到最廣泛實(shí)際應(yīng)用的自動(dòng)化機(jī)械裝置，它們能夠接受指令，精確地定位到三維（或二維）空間上的某一點(diǎn)進(jìn)行作業(yè)。該系統(tǒng)利用機(jī)械手臂實(shí)現(xiàn)對(duì)投放物的按壓與推送，使符合標(biāo)準(zhǔn)的可回收垃圾進(jìn)入回收箱。

5.獎(jiǎng)勵(lì)回報(bào)系統(tǒng)

在投放者順利完成垃圾投放之后投放者可通過(guò)刷校園一卡通累積積分、隨機(jī)紅包等形式得到相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)。

6.溢滿(mǎn)報(bào)警系統(tǒng)

利用紅外傳感器技術(shù)，即紅外線(xiàn)傳播時(shí)不發(fā)散的原理，紅外線(xiàn)在穿越其他物質(zhì)時(shí)折射率很小所以長(zhǎng)距離的測(cè)距儀都會(huì)參考紅外線(xiàn)，而紅外線(xiàn)的傳播是需要時(shí)間的，通過(guò)紅外線(xiàn)從發(fā)出到接收的時(shí)間以及傳播速度計(jì)算距離，從而時(shí)刻監(jiān)控該垃圾箱系統(tǒng)的的垃圾存量，當(dāng)箱子滿(mǎn)了之后，信息立刻傳輸至工作人員電腦，并暫停工作，以便工作人員實(shí)時(shí)處理。

7.分揀機(jī)構(gòu)系統(tǒng)

基于STM32單片機(jī)設(shè)計(jì)的垃圾篩檢系統(tǒng)。它采用RFID智能識(shí)別模塊準(zhǔn)確讀取電子標(biāo)簽上的信息進(jìn)而正確地識(shí)別貨物的基礎(chǔ)信息。

比如判斷飲料瓶的形狀以及重量，根據(jù)采集系統(tǒng)的判斷，如果符合回收標(biāo)準(zhǔn)則進(jìn)入回收箱，不符合回收標(biāo)準(zhǔn)則被吐出回收箱。

8.太陽(yáng)能充電系統(tǒng)

太陽(yáng)能光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體、太陽(yáng)電池（又稱(chēng)光伏電池）的光生伏打效應(yīng)，是一種零排放的清潔能源。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是太陽(yáng)能利用的重要形式，是最具有開(kāi)發(fā)前景的發(fā)電技術(shù)之一。自主供電系統(tǒng)主要由單晶硅太陽(yáng)能板、數(shù)顯控制器及硅能蓄電池組成。其中太陽(yáng)能板選擇PV-M30， 工作電壓為18V， 輸出電流1.67A， 光電轉(zhuǎn)換效率16%， 輸出功率為50W。數(shù)顯控制器選擇GHGN-KZQ-01K， 其作用是智能控制太陽(yáng)能和蓄電池與負(fù)載的關(guān)系， 保護(hù)電瓶防止過(guò)充過(guò)放， 進(jìn)行短路保護(hù)等。蓄電池選擇GHGN-12V20AH， 可用壽命最長(zhǎng)達(dá)到5年， 電壓為12V， 容量為20Ah， 可以滿(mǎn)足整個(gè)系統(tǒng)的直流電需求。當(dāng)陽(yáng)光充足時(shí)， 太陽(yáng)能板通過(guò)控制器給蓄電池充電， 同時(shí)蓄電池工作， 為系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)供電。若在夜間或者太陽(yáng)光較弱的環(huán)境下， 則由蓄電池直接使用白天存儲(chǔ)的電能進(jìn)行供電。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文所論述的內(nèi)容主要是從有償智能分類(lèi)回收箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和智能分類(lèi)兩方面來(lái)討論的，在經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展下必然會(huì)引起生活垃圾的多樣化，因此有償智能分類(lèi)回收箱的設(shè)計(jì)必然能減少環(huán)境的污染，改善城市環(huán)境。

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