基于環(huán)境反向散射的自動開蓋垃圾箱設(shè)計

沈 洲 王衍文 趙培焱

（西京學(xué)院 信息工程學(xué)院，陜西 西安710123）

垃圾桶在我們的日常生活中隨處可見，但是傳統(tǒng)的垃圾桶基本是靠手動或者腳踩打開蓋子，這就存在著一定的衛(wèi)生隱患，對于手腳不太方便的人來說也并不適用。目前市面上常見的自動開蓋垃圾箱多數(shù)是基于紅外線感應(yīng)，利用紅外傳感器接收物體接近的信號，然后轉(zhuǎn)換成電信號傳輸給觸發(fā)控制裝置打開蓋子。但是這種裝置離不開電源供電，需要經(jīng)常更換電池，也不健康環(huán)保。為了克服此現(xiàn)狀的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種基于環(huán)境反向散射的自動開蓋垃圾箱，采用環(huán)境反向散射技術(shù)的自動開蓋垃圾箱，當(dāng)人或物體擋住了垃圾箱中發(fā)射器發(fā)出的無線射頻波束達(dá)到一定的時間后，接收器將信號轉(zhuǎn)化為電能啟動電機(jī)打開蓋子，避免人與有害細(xì)菌的直接接觸，減少了衛(wèi)生隱患。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

本文設(shè)計的自動開蓋垃圾箱，包括了設(shè)置在垃圾箱中的環(huán)境反向散射接收器。接收器由接收器能量收集單元、信號檢測單元和功能單元組成。自動開蓋垃圾箱控制框圖如圖1 所示。

接收器能量收集單元負(fù)責(zé)接收并收集環(huán)境中射頻源所發(fā)出的射頻信號，并將其轉(zhuǎn)化成電能，為信號檢測單元和功能單元供電。

當(dāng)接收器中的信號檢測單元檢測到射頻源所發(fā)出的射頻信號時，表示現(xiàn)在沒有人或者物靠近垃圾箱，此時不會觸發(fā)功能單元工作。當(dāng)沒有檢測到射頻信號時，表示有人或物靠近垃圾箱，此時觸發(fā)功能單元工作，垃圾箱蓋子打開。

2 環(huán)境反向散射接收器設(shè)計

一種基于環(huán)境反向散射的自動開蓋垃圾桶接收器電路原理圖如圖2 所示，通過芯片UR1 實現(xiàn)射頻-直流能量轉(zhuǎn)換，UR1 的型號為Powercast 公司的P2110B。

接收器能量收集單元111 的電容CR1 選擇容量值為2.2mF的F750G228MRC；穩(wěn)壓芯片UR2 選擇型號XC6206P182MRN；穩(wěn)壓芯片UR2 和電容CR2、CR3 組成穩(wěn)壓電路，電容CR2 的容值為8μF，電容CR3 的容值為2μF。

圖1 自動開蓋垃圾箱控制框圖

圖2 接收器電路原理圖

圖3 信號檢測單元與功能單元電路原理圖

一種基于環(huán)境反向散射的自動開蓋垃圾桶接收器電路原理圖如圖3 所示，信號檢測單元112 由芯片UR3、UR4 和電阻R等外圍電路組成，UR3 為MSP430G2513 的控制芯片，UR4 為ADG901 的射頻開關(guān)，電阻R 的阻值為4.5kΩ。功能單元由三極管、電磁繼電器J、限位開關(guān)K 和減速電機(jī)M 組成的。電機(jī)M 選用N20 直流電機(jī)，額定電壓為5V，電磁繼電器型號為QYT73-005-ZS。電路中，繼電器J、限位開關(guān)K 處于常閉觸點1和3 上，電機(jī)不工作。

當(dāng)人或物靠近垃圾箱前準(zhǔn)備倒垃圾時，信號檢測單元充電，當(dāng)達(dá)到三極管的導(dǎo)通電壓時，使三極管導(dǎo)通，繼電器J 吸合，J 的主觸點與2 導(dǎo)通，此時有電機(jī)M 通過限位開關(guān)K 和觸點3形成回路，電機(jī)通電轉(zhuǎn)動帶動電機(jī)軸上的凸輪，利用杠桿的機(jī)械原理，使桶蓋打開，限位開關(guān)K 被壓到觸點4 上，此時電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，桶蓋打開并等待垃圾投入。

3 結(jié)論

利用環(huán)境反向散射技術(shù)的自動開蓋垃圾箱，擺脫了對電池與交流電的依賴，做到了無源無線通信，此技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展空間，在綠色低耗能源和無線通信領(lǐng)域的發(fā)展中起到了推動作用。