基于物联网的公共智能垃圾桶

吴晓云,徐 佳

(商洛学院 电子信息与电气工程学院,陕西 商洛 726000)

本文设计了一款环保实用的太阳能智能垃圾桶。该垃圾桶安装太阳能电池板,利用红外技术实现自动开关盖。与物联网技术相结合,垃圾装满时该垃圾桶具有自动报警功能。本文设计的智能垃圾桶不仅环保,还实现了对特定区域垃圾桶的实时监控。这为公众的健康提供了保障,也减轻了管理人员及环卫工人的工作负担,具有良好的社会效益和经济效益[1-2]。

1 设计方案

本文设计的基于物联网的智能垃圾桶系统主要由太阳能充电模块、红外检测模块、高度检测模块、语音模块、显示模块等组成[3]。系统的整体框图如图1所示。

以单片机微处理器为控制芯片,联合红外线传感器和机械电子驱动系统,使垃圾桶盖自动开关[4]。通过高度检测模块检测垃圾桶是否装满,若超过预设值则驱动报警模块工作。同时,通过信息处理模块对垃圾桶状态信息进行计算,再通过无线发送模块将信息发送到控制中心,显示模块显示垃圾桶状态信息,最后工作人员根据传送的信息进行相应处理[5]。当垃圾桶供电不足时,太阳能电池板可自动充电,满足垃圾桶的用电需求。

2 硬件设计

2.1 红外检测模块

红外检测模块采用红外线传感技术。调整好感应距离,当人在垃圾桶感应距离范围内时,红外线发光二极管就会发射光脉冲,接收电路则利用光敏元件接收光脉冲,将光脉冲转化为电信号并对其放大,控制电路接收到电信号后控制电机的正反转,从而实现垃圾桶盖的自动开关[6]。红外发射仿真电路如图2所示。由定时器LM555CM与电阻、电容组成单稳态电路,X1为指示灯,发光二极管LED1代替实际电路中的红外发射管。调整可调电阻R1,当R1为50 kΩ、电容C2为0.3 nF时,定时器LM555CM输出端方波的频率约38 kHz(见图3),与红外线发射频率基本相符。红外发射电路的仿真波形如图4所示。

图1 系统整体框图Fig.1 Overall block diagram of the system

图2 红外发射仿真电路Fig.2 Simulation circuit of infrared emission

图3 输出方波频率Fig.3 Frequency of output wave

图4 红外发射电路输出波形Fig.4 Output wave of infrared emission circuit

2.2 高度检测模块

垃圾箱高度检测仿真电路如图5所示。4069BCP_5V与电阻R2、二极管D1组成传输延时电路。开关S1切换到低电平表示垃圾桶内垃圾遮挡了红外线信号,此时U1A输出高电平。通过R2对电容C1进行充电,使U2B输出低电平,则三极管2N2904导通,控制继电器EMR131B03工作,从而启动报警电路。二极管LED1发光来提示垃圾箱已满,并将此信息上传给监控中心,提醒环卫工人清除垃圾[7]。开关S1切换到高电平表示垃圾没有遮挡红外线信号,此时U1A输出低电平。电容C1经过R2、R3放电,使U2B输出高电平,则三极管2N2904截止,继电器的工作触头切换到电机的执行电路,垃圾桶正常工作[8]。

3 软件设计

通过无线网络将不同公共场合的智能垃圾桶连接起来,是实现物联监控的通信基础[9]。微处理器对传感器采集到的数据处理后,通过无线网络发送到监控中心,监控中心根据接收到的信息做出相应处理[10]。结合C/S系统架构知识实现本系统算法,根据超声波测定的距离值调用电机正转函数或者反转函数。若距离大于10 cm,则调用电机正转函数,反之则调用电机反转函数[11]。系统算法流程如图6所示。

4 结语

本文提出了基于物联网的公共智能垃圾桶的设计方案,该垃圾桶具有自动翻盖、箱满检测、语音播报等功能,不仅环保,还可以实时监控特定区域的垃圾桶状态,减轻管理人员及环卫工人的工作负担。智能垃圾桶系统成本低、实用性强且功能完善,具有良好的社会效益和经济效益。

图5 垃圾箱高度检测电路Fig.5 Detection circuit of height of garbage bin

图6 系统算法流程Fig.6 Flow chart of system algorithm