一種自升高垃圾箱的研究

譚 賀，王 琪，郭家鵬

(沈陽(yáng)化工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110142)

當(dāng)今，國(guó)內(nèi)城市在飛速發(fā)展，人們生活節(jié)奏的加快和新的環(huán)境理念在不斷地推進(jìn)著公共物質(zhì)文明和精神文明建設(shè)，因此，優(yōu)秀的公共設(shè)施設(shè)計(jì)在改善人居環(huán)境、體現(xiàn)城市特色中的作用顯得尤其重要。城市垃圾箱作為城市環(huán)衛(wèi)基礎(chǔ)設(shè)施的一道靚麗風(fēng)景線，它的樣式和潔凈程度能充分體現(xiàn)了這座城市的管理水平和文明程度。垃圾箱主要作用是隔離人體與垃圾，在人類的生活中，垃圾箱已成為一種必不可少的居家物品[1]。在生活中有各種垃圾箱，但傳統(tǒng)的垃圾箱并沒有將人與垃圾徹底隔離開來。因?yàn)樵谕斗爬恼麄€(gè)過程中，還會(huì)有很多時(shí)候需要與垃圾產(chǎn)生接觸，主要是傳統(tǒng)的垃圾箱均是手動(dòng)翻蓋式垃圾箱或者半開放式的垃圾箱，使得人們?cè)趦A倒垃圾時(shí)會(huì)直接接觸到垃圾[2]，因此傳統(tǒng)的垃圾箱不能起到隔離病菌，更不具有保護(hù)人類的健康的作用，因此本文研究了一款自升高垃圾箱來解決上面提到諸多的問題。

本文設(shè)計(jì)的自升高垃圾箱，主要以提高人們生活質(zhì)量為最終目的。通過軟件的控制，可實(shí)現(xiàn)以下主要功能：(1)人群停滯時(shí)間較長(zhǎng)的地點(diǎn)像公園、車站等地區(qū)比較容易產(chǎn)生垃圾，而通常垃圾箱放置數(shù)量不足，在這些有可能產(chǎn)生大量垃圾的地區(qū)，未能預(yù)先設(shè)置足夠多數(shù)量的垃圾箱，常常導(dǎo)致垃圾滿溢箱外。針對(duì)此問題，本設(shè)計(jì)設(shè)置了箱內(nèi)垃圾箱的容量檢測(cè)，用于檢測(cè)垃圾箱是否裝滿，當(dāng)垃圾箱內(nèi)垃圾已滿發(fā)出報(bào)警信號(hào)，方便告訴清潔工人及時(shí)清理；

(2)自動(dòng)檢測(cè)是否有人靠近垃圾箱；當(dāng)人靠近時(shí)，垃圾箱可自動(dòng)翻蓋，當(dāng)人遠(yuǎn)離時(shí)，垃圾箱蓋自動(dòng)關(guān)閉，避免了人們與垃圾箱直接接觸，防止了垃圾腐敗產(chǎn)生的細(xì)菌對(duì)人們產(chǎn)生危害；

(3)現(xiàn)有的垃圾箱通常開口形式或大小不佳，造成垃圾投入取出出不便。本設(shè)計(jì)是當(dāng)清潔工人來時(shí)，按下操作鍵，垃圾箱內(nèi)筒自動(dòng)升高，并產(chǎn)生傾斜，方便清潔工人將桶內(nèi)垃圾取出。

自升高垃圾箱的控制系統(tǒng)較為簡(jiǎn)潔，并在很大程度上的方便對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)和修理，減少維護(hù)成本，縮短維護(hù)時(shí)間。

2 總體設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)上述三個(gè)核心功能，本文計(jì)以單片機(jī)STC89C52RC為核心元件，同時(shí)配合相應(yīng)傳感器和控制電路、數(shù)據(jù)電路來實(shí)現(xiàn)自升高垃圾箱。

2.1 主控STC89C52

由于此款垃圾箱是針對(duì)普通民眾收集垃圾的設(shè)備，針對(duì)不同個(gè)體的生活習(xí)慣，使得垃圾箱是全天候開放的，因而，從節(jié)能和環(huán)保的角度出發(fā)，使得電機(jī)能夠自動(dòng)啟動(dòng)和停止。即當(dāng)檢測(cè)信號(hào)發(fā)出垃圾已收集滿的指令后，CPU立即控制電動(dòng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，以利于系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)等任務(wù)，當(dāng)所有的動(dòng)作結(jié)束以后，電動(dòng)機(jī)又會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行，等待接受下一次再啟動(dòng)信號(hào)的狀態(tài)。因此，自升高垃圾箱主控采用STC89C52芯片，它是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，可減少的控制垃圾箱內(nèi)部電源的損耗。

2.2 超聲波測(cè)距模塊

自升高垃圾箱投料口處的垃圾填滿或接近填滿時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)把垃圾進(jìn)行壓縮，以便騰出投料空間。當(dāng)不能進(jìn)行壓縮時(shí)，表明垃圾箱內(nèi)垃圾已滿，便發(fā)出報(bào)警信號(hào)，填滿的信號(hào)是通過一紅外線探測(cè)器自動(dòng)檢測(cè)發(fā)出的，本設(shè)計(jì)在超聲波電路中選用了HC-SR04超聲波測(cè)距模塊，主要是因?yàn)槌暡ù┩噶?qiáng)，可保證在雨霧天超聲波測(cè)距系統(tǒng)能正常運(yùn)行。其工作原理為[3]：采用單片機(jī)的I/O 端口觸動(dòng)測(cè)距，即當(dāng)單片機(jī)發(fā)送一個(gè)高達(dá)10μs的脈沖傳遞給超聲波模塊輸入端TRIG后，單片機(jī)的定時(shí)器做清零處理；當(dāng)輸出端ECHO為高電平時(shí)，單片機(jī)電路定時(shí)器就開始工作，而當(dāng)輸出端ECHO 變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，定時(shí)器立刻停止運(yùn)行，而此時(shí)單片機(jī)就會(huì)讀取定時(shí)器T0的數(shù)值，因此通過公式可計(jì)算出距離。

當(dāng)超聲波測(cè)量模塊檢測(cè)到垃圾箱具有超聲波測(cè)距系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠檢測(cè)是否有人靠近，在一定范圍內(nèi)可以測(cè)出靠近人與垃圾箱之間的距離。當(dāng)人與垃圾箱之間的距離小于預(yù)設(shè)距離50cm 時(shí)，步進(jìn)電機(jī)就開始正轉(zhuǎn)90 °，從而實(shí)現(xiàn)了垃圾箱自動(dòng)開蓋的功能，延時(shí)4s后，步進(jìn)電機(jī)開始反轉(zhuǎn)，由此實(shí)現(xiàn)了垃圾箱自動(dòng)關(guān)蓋的功能。

2.3 垃圾箱箱體自動(dòng)升高功能

基于人機(jī)工程學(xué)，針對(duì)不同身高的人群設(shè)計(jì)可自動(dòng)升降的垃圾箱[4]，方便不同人群的使用，使產(chǎn)品更為人性化。自升高及自開箱都由紅外線開關(guān)控制。其工作過程如下：當(dāng)紅外線傳感器感應(yīng)到人手動(dòng)作，控制開關(guān)先接通自升高垃圾箱側(cè)面的電機(jī)，箱體在條形齒條的作用力下緩慢上升，待升高到設(shè)定好的位置后，箱體觸碰到限位開關(guān)，箱體停止上升，使垃圾箱桶體的底面上具有斜切面，同時(shí)箱體觸碰到用來控制垃圾箱箱蓋的微動(dòng)開關(guān)，微動(dòng)開關(guān)閉合后[5]。當(dāng)今社會(huì)里環(huán)保受到了越來越重視，尤其是太陽(yáng)能，任何需要能源的地方都可以看到它的身影。因此本設(shè)計(jì)的采用弧形太陽(yáng)能電池板，晴天通過充分的吸收太陽(yáng)能把剩余能量轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在蓄電池中， 蓄電池放置在垃圾箱底部，對(duì)垃圾箱的液壓系統(tǒng)進(jìn)行提供能源。

2.4 垃圾箱盈缺檢測(cè)

自升高垃圾箱檢測(cè)垃圾箱內(nèi)垃圾箱的滿溢度狀況采用光幕檢測(cè)方法，主要是利用光電感應(yīng)原理制成的安全保護(hù)裝置。通過對(duì)光幕覆蓋區(qū)域不同位置的遮擋情況可進(jìn)行差量檢測(cè)來判斷垃圾是否裝滿。本文將光幕安裝在垃圾箱箱體內(nèi)筒的兩側(cè)。當(dāng)垃圾箱內(nèi)筒儲(chǔ)存量超過5/6時(shí)，單片機(jī)STC89C52會(huì)進(jìn)行判斷，關(guān)閉垃圾箱蓋，確保停止向垃圾箱內(nèi)投放垃圾并會(huì)發(fā)出警報(bào)，并生成一條提醒消息，提醒清潔工人來清理垃圾[6]。

自升高垃圾箱后續(xù)將增加語音功能，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加人性化，當(dāng)人們投入垃圾后得到控制的語音系統(tǒng)發(fā)出的感謝語，鼓勵(lì)人們尤其孩子將廢物投放至垃圾箱，培養(yǎng)孩子的環(huán)保意識(shí)[7-9]。此外，自升高垃圾箱帶有光敏元件，當(dāng)黑天時(shí)，使LED燈開始發(fā)光，方便人們?cè)谄岷诘沫h(huán)境里也能垃圾箱。

3 總結(jié)

智能垃圾箱是城市環(huán)境中的重要設(shè)施之一，它不僅是保持城市環(huán)境衛(wèi)生的主要設(shè)施之一，同時(shí)也是構(gòu)建城市景觀，體現(xiàn)社會(huì)文明程度的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，因此在設(shè)計(jì)中要充分考慮其視覺性、實(shí)用性和環(huán)保性。自升高垃圾箱可實(shí)現(xiàn)垃圾箱的開關(guān)以及語音提示重要信息這些基本功能，同時(shí)具有垃圾箱內(nèi)筒自動(dòng)升高，并產(chǎn)生傾斜，方便清潔工人將桶內(nèi)垃圾取出這一主要功能。以后還可在此基礎(chǔ)上添加更多的智能功能，比如實(shí)現(xiàn)對(duì)散落垃圾的自動(dòng)拾取、自動(dòng)打包、以及對(duì)垃圾的自動(dòng)分類等一些高科技的功能。本設(shè)計(jì)在盡量設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的情況下，減小維護(hù)成本，方便維修人員維修，并采用普通交流電和太陽(yáng)能電池板智能替換的供電方式，采用大容量鋰電池保證續(xù)航，減少維護(hù)成本。

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(本文文獻(xiàn)格式：譚賀，王琪，郭家鵬.一種自升高垃圾箱的研究[J].山東化工,2018,47(7):191-192.)