基于物聯(lián)網(wǎng)的智能垃圾桶系統(tǒng)

杜銘浩 雷迪 蘭文明

摘要：為了使得垃圾桶的使用和維護更加方便，本項目在現(xiàn)有垃圾桶上進行改進，提出基于物聯(lián)網(wǎng)的智能垃圾桶系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過硬件終端、服務器、移動客戶端的聯(lián)接，對分布在管控區(qū)域內的垃圾桶進行實時的檢測與監(jiān)控，以實現(xiàn)垃圾桶各種參數(shù)顯示功能與報警系統(tǒng)功能。硬件終端以STM32單片機為主控附以多種功能傳感器，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與報警功能，服務器和客戶端做數(shù)據(jù)傳輸、顯示以及控制閾值的功能。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能垃圾桶系統(tǒng)；硬件終端；服務器；移動客戶端；垃圾桶各種參數(shù)顯示與報警

1.緒論

垃圾桶作為人類生活的必須品，為人們提供了許多方便，但垃圾的清理問題也有待解決。在大城市等人口密集，人員流動大的地方，垃圾的處理頻率也大；在小縣城等人口密度小的地方，垃圾桶溢滿的頻率大大下降，并充滿不確定性。頻繁的人工查看浪費了大量人力及財力。為了解決這個問題，本項目研究出一種生產成本低，使用和維護方便的帶有稱重和報警功能的智能垃圾箱。在現(xiàn)有型號的垃圾箱的基礎上進行改造，以便于各部分傳感器的設置與安裝。通過各傳感器的使用和單片機程序設計以及電路調試和通信元件的選用，采集并發(fā)送相關數(shù)據(jù)，再利用計算機接收處理再反饋給移動端。

2.系統(tǒng)設計

2.1功能分析

對智能垃圾桶進行系統(tǒng)分析，應包含以下功能：實時采集數(shù)據(jù)、報警、歷史數(shù)據(jù)查看、閾值設置。

2.2系統(tǒng)詳細介紹

從實時數(shù)據(jù)采集、報警系統(tǒng)、歷史數(shù)據(jù)、設置閾值四個方面系統(tǒng)進行詳細的介紹。

2.2.1實時數(shù)據(jù)采集

設備實時采集桶內溫濕度、桶內物品重量、桶內垃圾高度、垃圾桶經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，并通過GPRS將數(shù)據(jù)發(fā)送給服務器。工作人員可在安卓手機端應用軟件中查看到實時數(shù)據(jù)。

（1）溫濕度測量：采用一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器DHT11。它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式存在OTP內存中，傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，使其成為該類應用中，在苛刻應用場合的最佳選擇。產品為4針單排引腳封裝，連接方便。

（2）重量測量：采用專為高精度電子秤而設計的24位A/D轉換器芯片HX711，與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內時鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應速度快、抗干擾性強等優(yōu)點。

（3）高度測量：超聲波傳感器HC-SR04來測量桶內物品堆積高度。

（4）經(jīng)緯度測量：采用GPS定位用于確定報警垃圾桶的具體位置。

2.2.2報警系統(tǒng)

報警系統(tǒng)包括溫度報警、按鍵報警、桶滿報警。

（1）異常情況：

（2）載滿檢測：超聲波測距模塊和稱重模塊配合 當檢測到垃圾桶載滿時發(fā)出報警，系統(tǒng)會提示保潔員及時清掃垃圾桶。

（3）溫度報警：當周圍溫度過高時發(fā)出警報，便于工作人員及時掌握火情。

（4）按鍵報警：垃圾桶側邊有按鍵，可一鍵報警，報警時側邊LED燈閃爍，系統(tǒng)會通知工作人員及時去查看，再次按下按鍵之后報警取消，恢復正常。

（5）滅火裝置：垃圾桶上方有水槽 電磁閥作為開關 當溫度過高時電磁閥打開 水槽的水流入垃圾箱

2.2.3歷史數(shù)據(jù)

服務器將終端每次上傳上來的數(shù)據(jù)都保存進數(shù)據(jù)庫，方便用戶可在手機安卓端查看歷史數(shù)據(jù)。

2.2.4閾值設置

閾值設置包括報警閾值和桶滿報警閾值設置。用戶可在手機安卓端設置溫度報警閾值、桶滿報警閾值。

3.系統(tǒng)構成

3.1系統(tǒng)整體框架

系統(tǒng)整體包括硬件終端、服務器、安卓客戶端。

3.2手機安卓端

（1）實時數(shù)據(jù)顯示：能顯示垃圾桶編號、桶是否載滿、桶內溫濕度、桶的位置信息和異常

情況有提示

（2）設置垃圾桶名稱：用戶可在手機安卓端設置

（3）設置報警閾值：用戶可在手機安卓端設置溫度報警閾值、桶滿報警閾值

（4）查看近期歷史數(shù)據(jù)：用戶可在手機安卓端查看歷史數(shù)據(jù)

3.3終端硬件

終端硬件以STM32F103RBT6為主控，還包括含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器DHT11，專為高精度電子秤而設計的24位A/D轉換器HX711模塊，超聲波傳感器HC-SR04，GPS和GPRS模塊。

3.4服務器端

服務器作為終端硬件和手機安卓端通信的中間環(huán)節(jié)，負責信息的傳送。

（1）傳送終端硬件采集信息給安卓手機端：服務器接收硬件終端通過GPRS模塊發(fā)送的所有數(shù)據(jù)，包括桶內溫濕度、桶內物品重量、桶內垃圾高度、垃圾桶經(jīng)緯度數(shù)據(jù)等。安卓手機可通過4G網(wǎng)絡訪問服務器獲取硬件終端提供的上述數(shù)據(jù)信息。

（2）傳送安卓手機端指令給硬件終端：安卓手機可通過4G網(wǎng)絡發(fā)送控制指令給服務器，包括設置溫度報警閾值、桶滿報警閾值、設置垃圾桶名稱等指令。服務器收到安卓手機端與4G網(wǎng)絡形式發(fā)送來的上述控制指令，并將指令發(fā)送給終端硬件。

（3）數(shù)據(jù)解析：用于收到硬件終端和用戶終端上傳的數(shù)據(jù)后，解析所述數(shù)據(jù)并分段保存到數(shù)據(jù)庫對應的數(shù)據(jù)表中。以便對數(shù)據(jù)調用與查看等。

（4）數(shù)據(jù)庫：用于保存各種數(shù)據(jù)表。WEB服務器模塊，WEB服務器采用的是Apache，用于實現(xiàn)網(wǎng)頁顯示數(shù)據(jù)，同時用戶可以通過網(wǎng)頁來與服務器通訊，例如查看實時數(shù)據(jù)和設置閾值等。

4.結語

智能垃圾桶適應于各類人員集中場所，對于景區(qū)、鄉(xiāng)村偏遠地方效果更為顯著，可供政府環(huán)保部門借鑒。對于當今社會，智能化垃圾桶符合國家要求，能有效減少垃圾轉載量，使得資源充分利用。

參考文獻

[1]陳景翼，李春燕，盛宇彪，周開軍.基于GPRS通訊的智能垃圾桶硬件電路設計[J].電工技術，2019（02）：18-20+22.

[2]潘鵬，胡運峰，秦金志，陳天宇，張文文.一種基于NB-IOT的智能垃圾桶[J].科技風，2019（01）：11.

[3]李濤.服務器實時監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].電子技術與軟件工程，2019（02）：140.

[4]鄭曉月.物聯(lián)網(wǎng)技術在環(huán)境監(jiān)測中的應用[J].信息記錄材料，2019，20（01）：90-91.

[5]李瑩. 環(huán)境信息監(jiān)測系統(tǒng)設計[D].寧夏大學，2018.

[6]葛曉彤，陳西凝，孫涵，陳雨晴，柳昌林.智能垃圾桶的設計[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2018，8（16）：38-39.

[7]劉青，徐萍，徐敏超.基于DSP的智能垃圾桶控制系統(tǒng)的設計[J].南方農機，2018，49（18）：154-155.

[8]羅麗娜.多功能智能戶外垃圾桶系統(tǒng)的設計[J].電子元器件與信息技術，2018（11）：26-28.

[9]吳曉云，徐佳.基于物聯(lián)網(wǎng)的公共智能垃圾桶[J].系統(tǒng)仿真技術，2018，14（03）：227-230.

[10]李興和.一種智能垃圾桶的設計與應用[J].電子制作，2018（16）：38-39.

[11]何共建，熊兵，吳開云，賀佐強.面向智慧城市的智能垃圾桶監(jiān)管系統(tǒng)[J].計算機時代，2018（06）：76-80.

[12]鞠海翔，樊東燕.公共場所智能垃圾桶系統(tǒng)的設計[J].山西電子技術，2017（06）：28-31.

[13]崔明珠，董玉華，陳冰.景區(qū)智能垃圾桶的設計[J].智能計算機與應用，2016，6（06）：124-126.

（作者單位：武漢理工大學）