基于单片机的智能垃圾桶研究与设计

基于单片机的智能垃圾桶研究与设计摘要：随着人们生活水平不断提高，生活垃圾的有效回收方式已经成为衡量一个国家社会进步程度的重要指标。国内智能家居在垃圾处理方面的应用越来越广泛，智能垃圾桶可以对各类生活垃圾进行有效识别和分类处理，是落实垃圾分类回收政策的有效技术保障。本文研究了一种基于单片机的智能垃圾桶，设计了垃圾桶的各个硬件模块，介绍了垃圾桶的软件设计内容，最后通过系统调试分析得出结论。关键词：垃圾回收；智能垃圾桶；单片机；模块设计2019年6月，固体废物污染环境防治法修订草案初次提请全国人大常委会审议，“垃圾分类”也成为2019年网络十大流行语之一。随着人们环保意识的不断加强，民众对垃圾分类的认可程度也在不断增强，除了理念的变化之外还需要有软硬件设备的支持来实现。智能垃圾桶对识别生活垃圾类别和可回收属性有显著帮助，利用单片机和传感器设计智能垃圾桶是有效提高垃圾分类效率的技术手段之一。智能垃圾桶硬件模块设计图1系统结构图（1）供电模块智能垃圾桶的供电模块采用锂电池主供，光能电池辅助供电的设计，锂电池选用标配电压为7.4V、供电量220000mA的电池2枚。调整锂电池的直流电压区间为5-9V进行总体供电，为提供动力的舵机MG995R和舵机180度LDX-218进行并行供电。系统电源电路通过单片机芯片连接到显示电路，单片机将发射电路经过转换器发送至终端后再逆向回收至单片机芯片，从而实现电源电路驱动。供电模块在锂电池供电充足时同时使用锂电池和太阳能来供电，这样可以最大限度保证锂电池使用寿命，单片机主控电路的供电由锂电池来供给。（2）自动开合桶盖模块自动开合桶盖模块主要由红外线传感器实现自动开合，通过判断人体与垃圾桶距离来实现自动开合。如果有人体在设定范围内接近垃圾桶，传感器会将检测数据传送至单片机控制系统进行延迟判断，如果符合垃圾投放的延迟区间则控制机械臂打开桶盖，如果不符合投放延迟则判断为经过。在桶盖打开期间传感器发现周围无人则将无人数据回传至控制系统来实现桶盖自动闭合。图2红外线检测模块（3）垃圾溢满检测模块垃圾溢满检测模块是来自动检测垃圾桶内存储内容高度的模块，由单片机和检测电路传感器组成。检测电路传感器会根据设定的参数来判断存储物高度并将数据传至单片机控制台运算，控制台得出结果后控制其他模块停止开盖指令并将溢满数据传送至蓝牙模块提醒用户。当桶内存储物高度将至预设值以下时桶盖自动开合模块才能正常工作。（4）蓝牙模块蓝牙模块由蓝牙传感器组成，用于将垃圾桶状态信息传递至绑定的手机应用中显示出来，如溢满信息、供电不足信息和使用频率等。蓝牙模块接收单片机控制系统的外部数据，经过两路PWM脉冲宽度调制波后转换为可用于串口通信的无线信号，使用蓝牙传感器来发送至绑定手机，当手机发送主动收集执行时蓝牙模块会将当前系统的有效信息进行整理和反馈。二、智能垃圾桶软件模块设计智能垃圾桶软件模块主要指单片机用于处理各硬件模块数据传输和运算的程序，如初始化、数据解析、指令发送、转码上传等。单片机软件首先将驱动程序部署在各硬件电路接口上，然后根据出厂设置的参数进行初始化，如红外线传感器的测距延迟设置为300ms。智能垃圾桶软件模块实现了计时算法，当各传感器运行指令下达后在规定时间内读取检测数据，根据数据来判断电源、舵机、蓝牙模块的状态。例如，在计时器工作的同时，波测量模块检测到人与垃圾箱的距离小于所设定的距离50cm时，舵机LDX-218正向旋转，控制盖子的开启，在延时5s后电机反转，控制盖子关闭。三、智能垃圾桶系统调试智能垃圾桶软硬件系统的设计是拆分研究的，在完成设计和安装后需要进行联调来判断工作状态是否符合预期。在单片机安装后将程序导入进行通电测试，验证驱动软件、控制软件和转码软件是否和硬件匹配，通过多次计时运行取平均值的方式验证软硬件系统执行状态与预设效率参数是否匹配。这里以电机调试和电路调试为例介绍智能垃圾桶系统调试过程。（1）电机调试对垃圾桶机械臂电机的正反转子程序进行调试，设置延时参数进行电机转速记录，发现设置的延时越大电机转速越慢，最低延迟为2秒，更低的延迟电机会失去转动响应。设置不同的电机旋转角度，反复测试发现角度为85±5时可以正常打开桶盖。（2）电路调试在确认所有电器元件无故障后，可以对单片机的电路进行联调。用设备测量和人眼观察的方法检测电路是否有断路、焊锡量异常等问题。确认无电路焊接问题后通电测试，使用万用表检测引脚状态和记录各模块设备输入输出功率和电路供电情况。（3）调试结果分析通过调试发现智能垃圾桶电机和电路存在部分问题，通过逐个排查联调验证的方式最终达成设计目标。在调试过程中发现存在系统芯片驱动下载不正常，传感器指示灯常量等问题，通过调节电位器距离和调整电压等方式逐一排查和解决。四、结语智能垃圾桶能为人们增强环保意识和节省分类时间提供有效解决方案，本文研究的智能垃圾桶基于单片机和各类传感器实现，通过调试验证了垃圾桶设计的正确性和解决了部分软硬件问题，为后续的产品批量声场打好了基础。参考文献[1]李红艳,韦继娇.智能垃圾桶系统的设计[J].电子世界.2021(09)[2]刘攀,陆霖波,赵晓艳,成慧翔,张虎.新型智能垃圾桶控制系统设计[J].电子技术与软件工程.2020(17)[3]贾成宇,范从勉,张渝,颜思瑞,冯月芹.基于单片机智能语音垃圾桶识别设计[J].电子世界.2020(23)[4]陈春先,张丽,辛义.基于单片机的办公桌智能垃圾桶系统设计及制作[J].科学技术创新.2020(03)[5]卢睿洁,周泊龙,韩军良.单片机智能环保垃圾桶设计[J].中小企业管理与科技(中旬刊).2020(10)[6]黄明,黄铭铭,谭卓仁,朱均贤,朱峻栾,林舜宜,张建民.高校分类垃圾桶的监测系统设计[J].五邑大学学报(自然科学版).2021(01)[7]秦艳.基于人机工程学原理的智能垃圾桶设计[J].电子制作.2021(22)[8]于沛,李银双,秦誉洲,戚琳浠,吴娇.私人领域智能垃圾桶的应用现状及创新探究[J].高校后勤研究.2021(12)[9]于雯,王艳,张佳佳,陈思思.多功能智能垃圾桶结构设计和功能实现[J].工业仪表与自动化装置.2022(01)[10]徐玥,赵心怡,尹雅雯.智能垃圾桶推广困境及解决方案[J].合作经济与科技.2021(01)作者简介：庄源（2001—），民族：汉，学历：本科，性别：男，籍贯：黑龙江省