基于安卓的智能車載垃圾桶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

于芳 田樹環(huán) 張威 庹小龍

（湘南學(xué)院軟件與通信工程學(xué)院 湖南省郴州市 423000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技技術(shù)的進(jìn)步，智能家居的時(shí)代已悄然到來(lái)，人們對(duì)生活品質(zhì)有了更高要求[1]。很多車主喜歡裝備車載迷你垃圾桶，方便乘客在車上丟垃圾，以保護(hù)道路環(huán)境和車內(nèi)衛(wèi)生，建設(shè)文明城市。但目前的車載垃圾桶還存在著許多問(wèn)題。

（1）無(wú)法提醒車主及時(shí)處理桶內(nèi)已積滿的垃圾而導(dǎo)致垃圾發(fā)酵，引起車內(nèi)環(huán)境污染；

（2）一些吸煙者可能會(huì)將未熄滅的煙頭直接扔入垃圾桶內(nèi)，如果里面有易燃的垃圾，可能留下火災(zāi)隱患；

（3）乘客可能會(huì)在車載垃圾桶的底部留下一定的積液，如得不到及時(shí)處理，垃圾會(huì)產(chǎn)生異味、滋生細(xì)菌；

（4）車載垃圾桶不能自動(dòng)殺菌消毒，總體問(wèn)題是缺乏智能化統(tǒng)一設(shè)計(jì)。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于智能垃圾桶的研究不僅局限在大型公共垃圾桶的智能化集中管理、居家辦公等室內(nèi)智能垃圾桶，也慢慢關(guān)注到汽車等小型空間垃圾桶的智能化問(wèn)題上。

本文設(shè)計(jì)的智能車載垃圾桶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能有效解決車載垃圾桶的智能化問(wèn)題。

1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

車載智能垃圾桶以STC89C52 單片機(jī)[2]最小開發(fā)板作為主控制器，添加光敏傳感器、紅外傳感器、氣味傳感器和藍(lán)牙等硬件。硬件系統(tǒng)工作流程如下：

（1）當(dāng)車載垃圾桶上電后，系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，開啟光敏傳感器及氣味傳感器；

（2）車載垃圾桶上的氣味檢測(cè)模塊會(huì)進(jìn)行氣味檢測(cè)，如果出現(xiàn)異味或者煙霧，則蜂鳴器會(huì)發(fā)出鳴笛聲報(bào)警，提醒車主清理垃圾、解決存在的安全隱患；

（3）車載垃圾桶上的光感應(yīng)模塊會(huì)檢測(cè)車載垃圾桶內(nèi)的垃圾是否滿溢，如果滿溢，則會(huì)通過(guò)蜂鳴器發(fā)出連續(xù)的滴滴聲警報(bào)，提醒車主需要清理桶內(nèi)的垃圾;

（4）當(dāng)車載垃圾桶底部有一定量的積液時(shí)，底部積液監(jiān)測(cè)模塊會(huì)被接通，蜂鳴器被開啟，發(fā)出間斷的滴滴聲警報(bào)。

2 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能車載垃圾桶APP 主要根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)功能來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)包括4 個(gè)主要功能模塊：溢滿監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊，異味監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊，積液監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊，紫外線殺菌模塊和3 個(gè)連接設(shè)置模塊：藍(lán)牙通信模塊，白燈設(shè)置模塊和報(bào)警設(shè)置模塊。APP 的主界面添加了十二個(gè)按鈕來(lái)控制單片機(jī)的主要功能，藍(lán)牙模塊主要控制APP 和單片機(jī)之間的通訊。APP 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)APP主要模塊設(shè)計(jì)

3.1 溢滿監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊

圖1：智能垃圾桶APP 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

溢滿監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊主要分為三個(gè)部分：光感應(yīng)模塊、蜂鳴器報(bào)警模塊和手機(jī)APP 控制模塊的開啟、關(guān)閉。這三個(gè)部分具體描述如下：

3.1.1 光感應(yīng)模塊

光感應(yīng)模塊由光敏電阻傳感器[3]模塊和小聚光燈構(gòu)成。光敏電阻是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻，其電阻值與入射光的強(qiáng)弱相關(guān)：入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。將小聚光燈和光敏電阻分別裝在車載垃圾桶的兩側(cè)。小聚光燈接通電源以后會(huì)發(fā)亮，光敏電阻則會(huì)感受小聚光燈的光，保持一個(gè)正常狀態(tài)，但當(dāng)桶內(nèi)的垃圾擋住了由小聚光燈的光，則光敏電阻會(huì)感受到無(wú)光狀態(tài)，把接受到的信息傳送給主控模塊（STC89C52）。通過(guò)蜂鳴器發(fā)出連續(xù)的滴滴聲報(bào)警提醒。光敏電阻傳感器模塊的輸出與STC89C52 單片機(jī)的 P2 口的 P2^3 引腳相連接，當(dāng)光敏電阻傳感器模塊輸出為高電平時(shí)，即 P2^3 引腳為高電平時(shí)，且處于定時(shí)掃描時(shí)間內(nèi)，程序控制打開蜂鳴器。

3.1.2 蜂鳴器報(bào)警模塊

當(dāng)監(jiān)測(cè)到車載智能垃圾桶內(nèi)的垃圾滿溢時(shí)，通過(guò) STC89C52單片機(jī)上蜂鳴器發(fā)出連續(xù)的滴滴聲警報(bào)，提醒車主清理垃圾。當(dāng)P2^3 引腳處于高電平時(shí)，并且在定時(shí)掃描時(shí)間內(nèi)，則蜂鳴器打開。

3.1.3 手機(jī)APP 控制模塊的開啟和關(guān)閉

車主可通過(guò)智能車載垃圾桶 APP 打開溢滿監(jiān)測(cè)提醒模塊，溢滿監(jiān)測(cè)提醒模塊便可進(jìn)入工作狀態(tài)，而且 處于間斷工作，每次工作狀態(tài)會(huì)持續(xù) 10s，當(dāng)車主聽到蜂鳴器發(fā)出連續(xù)的滴滴聲警報(bào)時(shí)，車主可通過(guò)智能車載垃圾桶 APP 關(guān)閉該模塊。

3.2 異味監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊

該模塊主要采用MQ135 空氣質(zhì)量傳感器，該傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)這種傳感器主要運(yùn)用于家庭和環(huán)境的有害氣體[4]探測(cè)裝置，適用于氨氣，芳香族化合物，硫化物，苯系蒸汽，煙霧等有害氣體的探測(cè)。傳感器的模擬量輸出電壓和氣味濃度滿足正相關(guān)系數(shù)。同時(shí)它具有對(duì)硫化物，苯系蒸汽，煙霧等有害氣體具有較高的靈敏度，具有較長(zhǎng)時(shí)間的使用壽命以及可靠的穩(wěn)定性，并且具有快速響應(yīng)恢復(fù)特性。氣味傳感器可以監(jiān)測(cè)到垃圾腐爛所發(fā)出的刺鼻的硫化氫氣體，其傳感器原件上涂有一層對(duì)硫化氫氣體極為敏感的材料，當(dāng)垃圾散發(fā)的氣味超過(guò)預(yù)設(shè)的上限后，該材料會(huì)發(fā)生物理上電阻阻值的變化，引起電路中電平的變化。單片機(jī)檢測(cè)到該電平變化后，便可做出相應(yīng)的反應(yīng)。

MQ135 空氣質(zhì)量檢測(cè)傳感器具有如下特點(diǎn)：

（1）具有信號(hào)是輸出指示燈指示；

（2）雙路信號(hào)輸出；

（3）TTL 輸出有效電平為低電平；

（4）具有長(zhǎng)期使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。

MQ135 空氣質(zhì)量檢測(cè)傳感器的工作電壓為2.5V-5.0V，產(chǎn)品尺寸為10.mm*21.0mm，固定孔尺寸為20mm。通過(guò)使用MQ135 空氣質(zhì)量傳感器可以實(shí)時(shí)地對(duì)垃圾桶內(nèi)異味濃度和煙霧濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)垃圾桶內(nèi)異味濃度和煙霧濃度到達(dá)預(yù)設(shè)上限值時(shí)，蜂鳴器開始響應(yīng)，發(fā)出間斷的滴滴聲警報(bào)，提醒車主。車主可通過(guò)手機(jī) APP控制模塊的開啟和關(guān)閉。

當(dāng)氣體檢測(cè)傳感器的感應(yīng)到垃圾桶內(nèi)氣味或煙霧濃度超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，P2^2 會(huì)輸出高電平（P2^2 = 1）給主控制模塊——52 單片機(jī)，之后主控模塊便會(huì)啟動(dòng)蜂鳴器，蜂鳴器會(huì)發(fā)出間斷的滴滴聲警報(bào)，提醒車主檢查垃圾桶，解決可能存在的安全隱患。

表1：紫外線 LED 燈具體信息

表2：藍(lán)牙模塊硬件接口說(shuō)明表

3.3 積液監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊

將連接單片機(jī)的兩根導(dǎo)線的接頭分別置于車載垃圾桶內(nèi)底部?jī)啥?，如果車載垃圾桶底部有一定量的積液存在，則這兩根導(dǎo)線會(huì)接通，致使電路發(fā)生短路，蜂鳴器會(huì)響應(yīng)，發(fā)出鳴笛聲警報(bào)提醒。車主可通過(guò)手機(jī) APP 控制模塊的開啟和關(guān)閉。

3.4 紫外線殺菌模塊

紫外線波長(zhǎng)在 240～280nm 范圍內(nèi)最具殺破壞細(xì)菌病毒中的DNA(脫氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子結(jié)構(gòu)[4]，造成生長(zhǎng)性細(xì)胞死亡和(或)再生性細(xì)胞死亡，達(dá)到殺菌消毒的效果。紫外線光不是紫光，肉眼可見光少，對(duì)人的眼睛傷害較小，少了較多干擾紫光，熒光效果好，增強(qiáng)了殺菌能力。通過(guò)藍(lán)牙連接手機(jī)APP，控制紫外消毒殺菌模塊，對(duì)車載智能垃圾桶桶內(nèi)進(jìn)行紫外殺菌。紫外線殺菌消毒模塊具體信息如表1所示：

特點(diǎn)：

（1）波長(zhǎng)越低，亮度越低，熒光效果反射越強(qiáng)烈，殺菌效果較好；

（2）紫外線光不是紫光，肉眼可見光少，對(duì)人的眼睛傷害較??；

（3）少了較多干擾紫光，熒光效果好，增強(qiáng)了殺菌能力。

紫外線殺菌消毒模塊使用光宏3W 紫外LED 燈，電壓3.2V-3.8V，電流350-700mA，波長(zhǎng)365-700nm，光通量120-160mW，焊接溫度260 度，焊接時(shí)間3S，工作溫度小于60 度。該模塊既要與單片機(jī)相連，又要與手機(jī) APP 進(jìn)行藍(lán)牙匹配。藍(lán)牙模塊與單片機(jī)連接具體情況為用連接線連接 P3 口和電源，紫外燈連接電源與 P2 口。

3.5 藍(lán)牙通信模塊

該模塊采用CRS 藍(lán)牙芯片——SH-HC-06 藍(lán)牙模塊。主要用于短距離數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸，傳輸距離小于或等于 30 米，供電電源 3.3V，并且支持 UART 接口[5]。其模塊優(yōu)點(diǎn)：成本比較低，體積很小，接受和發(fā)送數(shù)據(jù)靈敏性高，性價(jià)比高。其接口說(shuō)明如表2所示。

4 總結(jié)

該智能車載垃圾桶采用了STC89C52 單片機(jī)作為主控模塊，結(jié)合MQ135 空氣質(zhì)量傳感器傳感器、光敏傳感器、紫外LED 燈、HC-06 藍(lán)牙模塊等組成整個(gè)硬件系統(tǒng)，用戶通過(guò)安卓開發(fā)的智能車載垃圾桶APP 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程交互與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

垃圾桶在沒(méi)有APP 控制的時(shí)候具有獨(dú)立的中斷復(fù)位功能，自成系統(tǒng)。做到了無(wú)人控制便能自己完成溢滿監(jiān)測(cè)提醒，積液監(jiān)測(cè)提醒，異味監(jiān)測(cè)提醒三大主要模塊，而紫外線殺菌消毒模塊則由用戶通過(guò)APP 來(lái)控制。

整個(gè)實(shí)現(xiàn)過(guò)程分為四步：

（1）硬件部分工作電路的設(shè)計(jì)；

（2）程序流程總圖的設(shè)計(jì)；

（3）APP 的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)代碼的燒寫；

3）通過(guò)BIM技術(shù)，將紙質(zhì)版的圖紙轉(zhuǎn)化成數(shù)字化信息，相比于紙質(zhì)圖紙，BIM技術(shù)本身?yè)碛袕?qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力和數(shù)據(jù)檢索能力，能減少許多發(fā)生在紙質(zhì)圖紙上的錯(cuò)誤、能大幅提升資料整理與修改的效率。并且，傳統(tǒng)民居的相關(guān)數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)，利用這種三維建筑模型，儲(chǔ)存更加方便，為以后傳統(tǒng)民居的保護(hù)和修繕提供了良好的數(shù)據(jù)。提高了日后的工作質(zhì)量和工作效率。

（4）調(diào)試與測(cè)試。

本系統(tǒng)有效解決了汽車車主們對(duì)車載垃圾桶的智能化需求問(wèn)題，但無(wú)論從系統(tǒng)與用戶的交互還是本身的智能化來(lái)看，都需要不斷改進(jìn)和優(yōu)化，以滿足用戶的更多需求。