基于單片機(jī)的多功能家用干濕垃圾分類裝置的研究*

賈超群 ， 麻耀華 ， 陳孝慎

（山東華宇工學(xué)院，山東 德州 253034）

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，人們生活習(xí)慣的改變，生活質(zhì)量的提高，生活垃圾處理的需求愈發(fā)迫切，垃圾分類尤為重要，垃圾分類是對(duì)垃圾收集處置傳統(tǒng)方式的改革，是有效處置垃圾的一種科學(xué)管理方法[1-2]。

在查閱大量干濕垃圾系統(tǒng)相關(guān)文獻(xiàn)和資料的基礎(chǔ)上，對(duì)干濕垃圾系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求進(jìn)行綜合對(duì)比分析，課題組設(shè)計(jì)了單片機(jī)多功能家用干濕垃圾分類裝置。它將人工智能技術(shù)與現(xiàn)實(shí)生活相結(jié)合，能夠?yàn)槔诸愄峁┲悄軟Q策和支持，達(dá)到精準(zhǔn)化生產(chǎn)管理的目的。同時(shí)，還能提高人們生活質(zhì)量，既環(huán)保又能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。垃圾分類控制系統(tǒng)提供自動(dòng)化程序，可以檢測(cè)干濕垃圾，檢測(cè)垃圾重量，檢測(cè)垃圾桶是否滿了，并且可以通過App進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。垃圾分類裝置可以有效節(jié)約時(shí)間，方便人們的生活。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)

德國、美國以及日本的生活垃圾分類從最開始的人工式到發(fā)出提醒的半自動(dòng)式，再到感應(yīng)式；按照操作方式可分為滑道式和機(jī)械手，最后發(fā)展成智能化程度很高的全自動(dòng)小型機(jī)器人。2003年之后步入信息時(shí)代，垃圾分類發(fā)展方向更加趨向于互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算，已經(jīng)有了一套完整的生活垃圾分類法律體系和分類后的垃圾處理處置體系[3]。

重慶大學(xué)的鄧冰峰[4]提出了一種基于微波無損檢測(cè)技術(shù)，利用空間平面電磁波反射和透射的疊加原理進(jìn)行垃圾分類的研究方法。通過使用與空間波傳輸方法相同形式的實(shí)驗(yàn)裝置，同時(shí)檢測(cè)發(fā)射天線端和接收天線端的微波信號(hào)，發(fā)射天線端的微波功率降低到衰減器使用的探測(cè)器檢測(cè)范圍時(shí)，探測(cè)器將發(fā)射天線端和接收天線端的微波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，采集卡對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采集和分析[5]，最后將KNN分類算法應(yīng)用于城市生活垃圾的干濕分類。這類裝置費(fèi)用較高，難以制成成本低、效率高的小型家用分類裝置，不能達(dá)到預(yù)期的效果。

基于以上調(diào)研，課題組提出了一個(gè)基于單片機(jī)的多功能家用干濕垃圾分類裝置。

2 單片機(jī)多功能家用干濕垃圾分類裝置的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體需求

近年來，根據(jù)研究結(jié)果可以看出，快速有效的垃圾分類對(duì)保護(hù)自然資源、自然環(huán)境是至關(guān)重要的。目前，大部分垃圾分類都是通過傳統(tǒng)的人工管理來實(shí)現(xiàn)的，垃圾分類效率低，人工勞動(dòng)強(qiáng)度高。這樣看來，垃圾分類裝置不僅可以降低人工成本，還可以減少社會(huì)資源的浪費(fèi)，貫徹綠色環(huán)保理念。因此，有效進(jìn)行垃圾分類對(duì)于滿足人類生活需求具有十分重要的意義[6]。

2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

本項(xiàng)目在山東華宇工學(xué)院電氣學(xué)院相關(guān)老師的共同指導(dǎo)下，由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人帶領(lǐng)的小組研究基于單片機(jī)的多功能家用干濕垃圾分類裝置。該系統(tǒng)通過濕度傳感器、紅外滿載傳感器、紫外線感應(yīng)消毒技術(shù)對(duì)垃圾進(jìn)行分類。用單片機(jī)[7]編程控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，當(dāng)紅外線發(fā)射信號(hào)后，蜂鳴器發(fā)出響聲用于提醒用戶，此外該裝置還裝有自動(dòng)粉碎裝置，識(shí)別到垃圾之后會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)將垃圾粉碎，粉碎后的垃圾方便使用者處理。

2.3 整體設(shè)計(jì)

基于上述分析，設(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)的多功能家用干濕垃圾分類裝置，提供一種新型的家用干濕垃圾分類裝置，該裝置可以自動(dòng)區(qū)分出干濕垃圾，而且還裝有太陽能板[8]可以節(jié)約用電。在濕垃圾儲(chǔ)藏倉底部還有排水口，可以將多余的污水排放出來，這樣不用擔(dān)心在扔垃圾時(shí)有污水流出來而造成的環(huán)境污染，并且此裝置大大提高了垃圾回收率。技術(shù)路線主要分為干濕垃圾檢測(cè)系統(tǒng)、垃圾回收系統(tǒng)、滿載檢測(cè)系統(tǒng)、太陽能發(fā)電系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.4 硬件設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的多功能家用干濕垃圾分類裝置主要硬件是濕度感應(yīng)器、重力感應(yīng)器、紅外線觸發(fā)器、紫外線感應(yīng)燈[9]等。

家用干濕垃圾分類的智能裝置區(qū)利用太陽能光板進(jìn)行發(fā)電，然后通過干濕感應(yīng)器對(duì)垃圾進(jìn)行分類和整理，對(duì)于有污水產(chǎn)生具有特殊氣體的垃圾進(jìn)行一個(gè)紫外線消毒。通過單片機(jī)可以控制整個(gè)系統(tǒng)，這使得整個(gè)流程得以順利進(jìn)行，帶動(dòng)整體的工作。

按下開關(guān)，整個(gè)工作開始，垃圾投放進(jìn)來，首先由濕度感應(yīng)器區(qū)分干濕垃圾，感應(yīng)器將垃圾進(jìn)行分類，然后將不同的垃圾放到不同的收納箱中，如果是干垃圾就會(huì)落入干垃圾的儲(chǔ)存?zhèn)}，如果是濕垃圾將會(huì)粉碎垃圾，粉碎后便將這些垃圾放到垃圾儲(chǔ)藏倉中，此時(shí)旋轉(zhuǎn)桶旋轉(zhuǎn)將濕垃圾的污水通過排水口排出。同時(shí)利用紫外線消毒燈進(jìn)行消毒，這就是此裝置工作的整個(gè)過程。

紅外線接收發(fā)射器的運(yùn)用方法如下：在倒的垃圾產(chǎn)生一定的數(shù)量和最高水位、污水的儲(chǔ)存到達(dá)一定的高度儲(chǔ)存空間難以滿足時(shí)，紅外接收發(fā)射器就開始響應(yīng)，提醒人們進(jìn)行處理，人們受到提示后，按下開關(guān)就可以進(jìn)行處理[10]。同時(shí)，這個(gè)干濕垃圾的分類智能裝置還有一個(gè)LED的燈泡，幫助使用者在夜間分辨出垃圾處理裝置在什么地方，它本身是通過太陽能光板發(fā)電進(jìn)行通電。它還帶一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)處理裝置和周圍環(huán)境進(jìn)行測(cè)溫，更加方便了人們的生活。這就是垃圾分類智能裝置的總體內(nèi)容，其實(shí)物結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，三維立體圖如圖3所示。

圖2 實(shí)物結(jié)構(gòu)圖

圖3 三維立體圖

2.5 軟件設(shè)計(jì)

干濕垃圾分類系統(tǒng)可以對(duì)控制干濕垃圾的儲(chǔ)存?zhèn)}消毒。分析模型可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制設(shè)備，例如垃圾粉碎、垃圾回收、重力感應(yīng)等。另外，此干濕垃圾分類系統(tǒng)可以通過紅外線檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)垃圾的多少，確保在垃圾桶滿時(shí)可以及時(shí)清理，實(shí)現(xiàn)良好的管理，為高質(zhì)量的生活創(chuàng)造條件。此系統(tǒng)不僅使用成本低，還大大減少了人力資源的成本。軟件設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 軟件設(shè)計(jì)圖

3 結(jié)論

通過學(xué)習(xí)和研究，本項(xiàng)目采用傳感器采集垃圾濕度的方法，解決了干濕垃圾分類難的問題，同時(shí)結(jié)合單片機(jī)技術(shù)，使項(xiàng)目開發(fā)成本更低、使用更方便，手機(jī)App的開發(fā)為用戶提供更好的實(shí)時(shí)監(jiān)控。本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的家用干濕垃圾分類的智能裝置，各方面性能都比較高，相較于傳統(tǒng)模式，投放效率更高，節(jié)約時(shí)間，有著較高的研究?jī)r(jià)值，發(fā)展前景樂觀。