基于安卓的智能车载垃圾桶实时监测系统设计

于芳 田树环 张威 庹小龙

（湘南学院软件与通信工程学院 湖南省郴州市 423000）

随着我国经济的发展和科技技术的进步，智能家居的时代已悄然到来，人们对生活品质有了更高要求[1]。很多车主喜欢装备车载迷你垃圾桶，方便乘客在车上丢垃圾，以保护道路环境和车内卫生，建设文明城市。但目前的车载垃圾桶还存在着许多问题。

（1）无法提醒车主及时处理桶内已积满的垃圾而导致垃圾发酵，引起车内环境污染；

（2）一些吸烟者可能会将未熄灭的烟头直接扔入垃圾桶内，如果里面有易燃的垃圾，可能留下火灾隐患；

（3）乘客可能会在车载垃圾桶的底部留下一定的积液，如得不到及时处理，垃圾会产生异味、滋生细菌；

（4）车载垃圾桶不能自动杀菌消毒，总体问题是缺乏智能化统一设计。

目前国内对于智能垃圾桶的研究不仅局限在大型公共垃圾桶的智能化集中管理、居家办公等室内智能垃圾桶，也慢慢关注到汽车等小型空间垃圾桶的智能化问题上。

本文设计的智能车载垃圾桶实时监测系统，能有效解决车载垃圾桶的智能化问题。

1 硬件结构设计

车载智能垃圾桶以STC89C52 单片机[2]最小开发板作为主控制器，添加光敏传感器、红外传感器、气味传感器和蓝牙等硬件。硬件系统工作流程如下：

（1）当车载垃圾桶上电后，系统处于待机状态，开启光敏传感器及气味传感器；

（2）车载垃圾桶上的气味检测模块会进行气味检测，如果出现异味或者烟雾，则蜂鸣器会发出鸣笛声报警，提醒车主清理垃圾、解决存在的安全隐患；

（3）车载垃圾桶上的光感应模块会检测车载垃圾桶内的垃圾是否满溢，如果满溢，则会通过蜂鸣器发出连续的滴滴声警报，提醒车主需要清理桶内的垃圾;

（4）当车载垃圾桶底部有一定量的积液时，底部积液监测模块会被接通，蜂鸣器被开启，发出间断的滴滴声警报。

2 软件结构设计

智能车载垃圾桶APP 主要根据硬件结构功能来进行设计，系统包括4 个主要功能模块：溢满监测报警模块，异味监测报警模块，积液监测报警模块，紫外线杀菌模块和3 个连接设置模块：蓝牙通信模块，白灯设置模块和报警设置模块。APP 的主界面添加了十二个按钮来控制单片机的主要功能，蓝牙模块主要控制APP 和单片机之间的通讯。APP 实时监测系统结构如图1所示。

3 实时监测系统APP主要模块设计

3.1 溢满监测报警模块

图1：智能垃圾桶APP 实时监测系统结构图

溢满监测报警模块主要分为三个部分：光感应模块、蜂鸣器报警模块和手机APP 控制模块的开启、关闭。这三个部分具体描述如下：

3.1.1 光感应模块

光感应模块由光敏电阻传感器[3]模块和小聚光灯构成。光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻，其电阻值与入射光的强弱相关：入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。将小聚光灯和光敏电阻分别装在车载垃圾桶的两侧。小聚光灯接通电源以后会发亮，光敏电阻则会感受小聚光灯的光，保持一个正常状态，但当桶内的垃圾挡住了由小聚光灯的光，则光敏电阻会感受到无光状态，把接受到的信息传送给主控模块（STC89C52）。通过蜂鸣器发出连续的滴滴声报警提醒。光敏电阻传感器模块的输出与STC89C52 单片机的 P2 口的 P2^3 引脚相连接，当光敏电阻传感器模块输出为高电平时，即 P2^3 引脚为高电平时，且处于定时扫描时间内，程序控制打开蜂鸣器。

3.1.2 蜂鸣器报警模块

当监测到车载智能垃圾桶内的垃圾满溢时，通过 STC89C52单片机上蜂鸣器发出连续的滴滴声警报，提醒车主清理垃圾。当P2^3 引脚处于高电平时，并且在定时扫描时间内，则蜂鸣器打开。

3.1.3 手机APP 控制模块的开启和关闭

车主可通过智能车载垃圾桶 APP 打开溢满监测提醒模块，溢满监测提醒模块便可进入工作状态，而且 处于间断工作，每次工作状态会持续 10s，当车主听到蜂鸣器发出连续的滴滴声警报时，车主可通过智能车载垃圾桶 APP 关闭该模块。

3.2 异味监测报警模块

该模块主要采用MQ135 空气质量传感器，该传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)这种传感器主要运用于家庭和环境的有害气体[4]探测装置，适用于氨气，芳香族化合物，硫化物，苯系蒸汽，烟雾等有害气体的探测。传感器的模拟量输出电压和气味浓度满足正相关系数。同时它具有对硫化物，苯系蒸汽，烟雾等有害气体具有较高的灵敏度，具有较长时间的使用寿命以及可靠的稳定性，并且具有快速响应恢复特性。气味传感器可以监测到垃圾腐烂所发出的刺鼻的硫化氢气体，其传感器原件上涂有一层对硫化氢气体极为敏感的材料，当垃圾散发的气味超过预设的上限后，该材料会发生物理上电阻阻值的变化，引起电路中电平的变化。单片机检测到该电平变化后，便可做出相应的反应。

MQ135 空气质量检测传感器具有如下特点：

（1）具有信号是输出指示灯指示；

（2）双路信号输出；

（3）TTL 输出有效电平为低电平；

（4）具有长期使用寿命和可靠的稳定性。

MQ135 空气质量检测传感器的工作电压为2.5V-5.0V，产品尺寸为10.mm*21.0mm，固定孔尺寸为20mm。通过使用MQ135 空气质量传感器可以实时地对垃圾桶内异味浓度和烟雾浓度进行监测，当垃圾桶内异味浓度和烟雾浓度到达预设上限值时，蜂鸣器开始响应，发出间断的滴滴声警报，提醒车主。车主可通过手机 APP控制模块的开启和关闭。

当气体检测传感器的感应到垃圾桶内气味或烟雾浓度超过预设值时，P2^2 会输出高电平（P2^2 = 1）给主控制模块——52 单片机，之后主控模块便会启动蜂鸣器，蜂鸣器会发出间断的滴滴声警报，提醒车主检查垃圾桶，解决可能存在的安全隐患。

表1：紫外线 LED 灯具体信息

表2：蓝牙模块硬件接口说明表

3.3 积液监测报警模块

将连接单片机的两根导线的接头分别置于车载垃圾桶内底部两端，如果车载垃圾桶底部有一定量的积液存在，则这两根导线会接通，致使电路发生短路，蜂鸣器会响应，发出鸣笛声警报提醒。车主可通过手机 APP 控制模块的开启和关闭。

3.4 紫外线杀菌模块

紫外线波长在 240～280nm 范围内最具杀破坏细菌病毒中的DNA(脱氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子结构[4]，造成生长性细胞死亡和(或)再生性细胞死亡，达到杀菌消毒的效果。紫外线光不是紫光，肉眼可见光少，对人的眼睛伤害较小，少了较多干扰紫光，荧光效果好，增强了杀菌能力。通过蓝牙连接手机APP，控制紫外消毒杀菌模块，对车载智能垃圾桶桶内进行紫外杀菌。紫外线杀菌消毒模块具体信息如表1所示：

特点：

（1）波长越低，亮度越低，荧光效果反射越强烈，杀菌效果较好；

（2）紫外线光不是紫光，肉眼可见光少，对人的眼睛伤害较小；

（3）少了较多干扰紫光，荧光效果好，增强了杀菌能力。

紫外线杀菌消毒模块使用光宏3W 紫外LED 灯，电压3.2V-3.8V，电流350-700mA，波长365-700nm，光通量120-160mW，焊接温度260 度，焊接时间3S，工作温度小于60 度。该模块既要与单片机相连，又要与手机 APP 进行蓝牙匹配。蓝牙模块与单片机连接具体情况为用连接线连接 P3 口和电源，紫外灯连接电源与 P2 口。

3.5 蓝牙通信模块

该模块采用CRS 蓝牙芯片——SH-HC-06 蓝牙模块。主要用于短距离数据无线传输，传输距离小于或等于 30 米，供电电源 3.3V，并且支持 UART 接口[5]。其模块优点：成本比较低，体积很小，接受和发送数据灵敏性高，性价比高。其接口说明如表2所示。

4 总结

该智能车载垃圾桶采用了STC89C52 单片机作为主控模块，结合MQ135 空气质量传感器传感器、光敏传感器、紫外LED 灯、HC-06 蓝牙模块等组成整个硬件系统，用户通过安卓开发的智能车载垃圾桶APP 实现远程交互与实时监测。

垃圾桶在没有APP 控制的时候具有独立的中断复位功能，自成系统。做到了无人控制便能自己完成溢满监测提醒，积液监测提醒，异味监测提醒三大主要模块，而紫外线杀菌消毒模块则由用户通过APP 来控制。

整个实现过程分为四步：

（1）硬件部分工作电路的设计；

（2）程序流程总图的设计；

（3）APP 的设计和系统代码的烧写；

3）通过BIM技术，将纸质版的图纸转化成数字化信息，相比于纸质图纸，BIM技术本身拥有强大的数据运算能力和数据检索能力，能减少许多发生在纸质图纸上的错误、能大幅提升资料整理与修改的效率。并且，传统民居的相关数据更加精准，利用这种三维建筑模型，储存更加方便，为以后传统民居的保护和修缮提供了良好的数据。提高了日后的工作质量和工作效率。

（4）调试与测试。

本系统有效解决了汽车车主们对车载垃圾桶的智能化需求问题，但无论从系统与用户的交互还是本身的智能化来看，都需要不断改进和优化，以满足用户的更多需求。