基于物聯(lián)網(wǎng)的高校智能垃圾桶設計*

劉 夢，程藝明，王焯熙，楊東偉，孟令月，馮國紅

（東北林業(yè)大學工程技術學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

據(jù)相關調(diào)查報告顯示[1]，我國每年在校大學生約3 700萬人，按照人均垃圾日產(chǎn)生量1.12 kg計算，大學生群體平均每天可產(chǎn)生超過4萬t的垃圾，高校垃圾處理問題越來越引起人們的關注。然而，現(xiàn)階段很多高校在垃圾處理方面仍存在許多問題，如室內(nèi)采用“一桶式”垃圾桶、宿舍樓等人員密集區(qū)域的垃圾得不到及時清理等。為維護校園環(huán)境衛(wèi)生和提高師生生活滿意度，現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)技術設計了一種智能垃圾桶，建立了一個智能垃圾桶信息處理網(wǎng)絡，增加了垃圾桶的投擲引導功能[2]，并能將滿溢信息及時反饋給工作人員，以便工作人員及時清理垃圾，從而改善上述問題。

1 智能垃圾桶設計理念

現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)技術研制一種高校智能垃圾桶，該垃圾桶上設有功能集成區(qū)，在其內(nèi)部利用單片機建立檢測模塊、Wi-Fi模塊和顯示模塊等，見圖1。

圖1 垃圾桶的總體功能模塊

單片機作為中間控制樞紐，可接收到檢測模塊中紅外傳感器對垃圾桶滿溢狀態(tài)的實時監(jiān)測信號，并通過單片機與Wi-Fi模塊相連實現(xiàn)其網(wǎng)絡傳輸功能，將當前垃圾桶的信息上傳至云端，并及時反饋給清潔人員。每個垃圾桶可以通過Wi-Fi模塊從云端調(diào)取其他垃圾桶的ID信息、滿溢信息，并發(fā)送給單片機，再由單片機將信號傳遞給可視化的有機發(fā)光二極管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）屏，直觀地告訴使用者附近未滿垃圾桶的信息，從而實現(xiàn)垃圾桶的投擲引導功能[3]。

此外，根據(jù)高校產(chǎn)生垃圾的特點對垃圾的分類進行細化，設計垃圾桶的外觀和結(jié)構(gòu)，使之外觀和功能更突出、更具有辨別引導功能，從而增強人們的垃圾分類意識和提升垃圾的回收利用率。

2 智能垃圾桶整體設計

該智能垃圾桶由智能化設計部分及垃圾桶的結(jié)構(gòu)和外形的再設計兩部分組成，整體設計見圖2。

圖2 垃圾桶的整體設計圖

2.1 垃圾桶的智能化設計

垃圾桶的智能化設計主要由檢測模塊、Wi-Fi模塊和顯示模塊三部分組成，分別實現(xiàn)檢測功能、物聯(lián)網(wǎng)功能和引導功能，通過物聯(lián)網(wǎng)技術建立起一個智能垃圾桶信息處理系統(tǒng)，見圖3。

圖3 總體網(wǎng)絡示意圖

2.1.1 檢測模塊的設計

為實現(xiàn)垃圾桶的滿溢檢測功能，需要在垃圾桶內(nèi)安置測距傳感器，以獲悉桶內(nèi)垃圾滿溢狀況?，F(xiàn)采用ORA1L03-A0紅外測距傳感器來檢測垃圾桶的滿溢狀況。紅外傳感器可根據(jù)距離障礙物的遠近而改變輸出電壓，將其安裝于垃圾桶頂部，測量桶內(nèi)垃圾距離垃圾桶頂部的高度，根據(jù)單片機接收到的輸出電壓的反饋值，便可知道垃圾桶的滿溢情況，見圖4。

圖4 垃圾桶檢測模塊設計圖

2.1.2 Wi-Fi通信模塊的設計

為了實現(xiàn)垃圾桶的網(wǎng)絡通信功能，每個垃圾桶都有內(nèi)置Wi-Fi模塊，將串口或晶體管-晶體管邏輯（Transistor-Transistor Logic，TTL）電平轉(zhuǎn)為符合Wi-Fi無線網(wǎng)絡通信標準的嵌入式模塊，從而將垃圾桶的ID信息、滿溢信息實時向云端服務器上傳，建立起一個智能垃圾桶信息處理網(wǎng)絡。

Wi-Fi模塊與云端服務器的連接是雙向的[4]。對于工作人員而言，垃圾桶利用Wi-Fi模塊將ID信息、滿溢信息實時向云端服務器上傳，工作人員可在服務器的后臺獲取校園內(nèi)所有垃圾桶的ID信息和滿溢信息，通過對校園各處垃圾桶滿溢信息進行數(shù)據(jù)分析，判斷是否需要清理，并視情況適當調(diào)整所布置垃圾桶的種類和數(shù)量，以使垃圾桶更好地服務于校園衛(wèi)生。

對于使用者而言，每個垃圾桶還可通過此Wi-Fi模塊從云端調(diào)取其他未滿垃圾桶的ID信息，通過單片機將信號傳遞給顯示模塊，實現(xiàn)后續(xù)垃圾桶的投擲引導功能。

2.1.3 顯示模塊的設計

基于前述滿溢檢測功能和物聯(lián)網(wǎng)技術，單片機可接收到其他垃圾桶的ID信息、滿溢信息，并將信號傳遞給顯示模塊。垃圾桶利用顯示模塊中可視化的OLED屏幕實現(xiàn)投擲引導功能：若垃圾桶未滿，OLED屏幕上顯示垃圾分類提示信息和當前垃圾桶的使用方法；若垃圾桶已滿，OLED屏幕上顯示附近其他同類垃圾桶的信息。兩種顯示狀態(tài)見圖5。

圖5 垃圾桶的顯示狀態(tài)

2.2 垃圾桶的外形設計

為更好地適用于高校垃圾處理工作，現(xiàn)針對高校垃圾種類將垃圾桶分類細化，并對不同垃圾設計了不同的投擲口，用特定的形狀和顏色來引導垃圾分類投放，使其外觀和功能更加突出，增強人們的垃圾分類意識[5]。投擲口設計概念圖見第98頁圖6。

圖6 垃圾桶的投擲口設計

3 結(jié)束語

該智能垃圾桶設計合理，功能實用，巧妙地將物聯(lián)網(wǎng)技術應用到環(huán)保領域，結(jié)合當下垃圾分類熱點問題，設計了適用于高校的智能垃圾桶，可以有效解決校園內(nèi)垃圾清理不及時的問題，并引導師生分類投放垃圾，有助于維護校園環(huán)境衛(wèi)生，提高師生生活滿意度。