基于物联网的智能垃圾桶监管系统
2020-08-13凌加平潘绍明田径北韦明峥周俊男
凌加平 潘绍明 田径北 韦明峥 周俊男 谭
(1、广西科技大学电气与信息工程学院，广西 柳州545000 2、广西科技大学工程训练中心，广西 柳州545000）
面对生活越来越智能化的今天，智慧城市的建设也如火如荼。人们在日常生活中产生的垃圾得不到及时的处理，垃圾堆积过久就会发臭变烂，容易滋生各种细菌，产生各种有害气体，严重影响人们的生活环境体验，甚至还会污染水源。根据国家统计局和OECD 数据显示，近几年我国生活垃圾产量保持5%左右的增长，2018 年全国生活垃圾清运量达到2.28 亿吨，当前中国已超过美国，成为全球产生垃圾最多的国家。最早的太阳能垃圾桶在2006 年就已经出现在纽约街头，它主要是利用太阳能转化电能供给系统使用，夜间可进行照明，垃圾桶本身可以贴广告进行宣传。太阳能的利用为其他智能垃圾桶奠定了基础，已具备初代智能化模型。在2009 年，Bigbelly 公司就已经制造了一种具有垃圾压缩和网络热点的的垃圾桶，伦敦政府曾经携手一家设计公司设计了一款配有双面LED 的WIFI 无线数据传输智能垃圾桶。我国的珠海市云筒环保科技有限公司已经研发了一套成熟稳定的垃圾桶，他可以利用太阳能压缩垃圾使其容量增大，同时垃圾桶满了会发信息到环卫工作人员的手机上。
这些研究展示了各种智能垃圾桶的设计，并没有集中的管理垃圾桶，使垃圾得到一个及时有效的处理，本设计基于这个问题，展开了对于智能垃圾桶监管系统的研究。
1 监管系统总体方案设计
本项目基于物联网的智能垃圾桶监管系统研究，通过现有垃圾桶种类与发展情况，针城市垃圾桶分布实际情况，确定系统的组成模块，然后对电路控制系统进行设计与制作，编写程序以及接入手机APP 等等，最后完成本设计。整个系统构建框架如图1 所示。
图1 系统构建框架图
如图1 所示，由ARM单片机控制整个系统的运作，通过物联网实现数据发送与接收垃圾桶状况数据经过云端服务器发送到用户终端（手机APP），环卫工人实时监控各个垃圾桶的状况，及时处理垃圾。各模块功能如下:（1）使用人体红外传感器、温度传感器、超声波传感器、气味传感器等传感器传感器搜集数据，向控制中心传达信息，完成垃圾桶盖的自动开启与关闭。（3）对ARM进行程序编程，使垃圾桶内的紫外线的灯进行杀菌，垃圾满自动报警等等。（3）借助机智云服务平台实现产品手机APP的开发及数据点的接入与设置。环卫工人通过手机APP 远查看城市内各个垃圾桶状况便于进行工作，实现远程人机交互。
2 系统硬件设计
要实现对本监控系统的设计，需要进行硬件与软件的设计，本系统主要是由STM32F103ZET6 单片机，红外传感器，温度传感器，超声波模块，ESP8266WIFI 模块，继电器模块。系统的核心是STM32F103ZET6 单片机，负责接收传感器采集的数据，然后进行数据的处理然后发送到ESP8266WIFI 模块进行联网，然后在手机APP 上报警显示，通知环卫工作人员尽快来处理垃圾。
3 系统软件设计
3.1 软件程序设计
本系统要完成对人体红外传感器、温度传感器、超声波传感器、气味传感器等传感器搜集数据，还要实现垃圾桶盖的自动打开与闭合，并且联网把信号发送到环卫人员手机APP 中，除了要进行良好的硬件搭建外，还需要进行软件设计。本设计主要进行软件设计的有数据采集程序设计、控制程序设计、联网功能设计灯三大部分。软件设计主要使用Keil uVision5 和STC官方固件库，系统软件设计整体流程图如图2。
图2 系统软件整体设计图
系统上电进行初始化后，采集人体红外传感器、温度传感器、超声波传感器、气味传感器等传感器数据，只要有人靠近垃圾桶，人体红外传感器检测到有人就开启垃圾桶盖，没有人在旁边时自动关闭。气味传感器校测到异味，温度传感器检测到温度过高，超声波传感器检测到垃圾桶满等等，都会发送报警信号到手机APP 上，环卫人员通过查看APP 就可以及时的进行垃圾处理，提高工作效率。
3.2 接入机智云
本系统是通过ESP8266-12F 模块连接到互联网，借助机智云平台搭建手机APP 来查看本系统的实时数据。机智云平台现在是全球领先的物联网开发平台，它为个人以及企业提供了一站式的智能软硬件开发服务。它提供的面向安卓手机APP 的应用程序编程接口 (Application Programming Interface, API)可以使开发者较为轻松的创建APP，在这个基础上添加本系统所需要的设备节点，系统会生成对应的通信协议来完成数据互传，这样就完成了垃圾桶数据的远程查看。
想要通过ESP8266 模块达到让硬件连接机智云平台，就必须在STM32F103ZET6 上移植通讯固件库，通过烧录机智云的GAgen 通讯固件，把云端获得的数据转换成串口数据来实现云端通信。
结束语
在城市智能化进程中，智能垃圾桶的管控在城市卫生方面显得尤为重要。经过实验验证，本系统开发周期短，开发成本低，能有效的对城市垃圾桶进行一个相对集中的监控管制，在垃圾桶状态有问题时能及时发送信息到手机APP 上，使环卫人员的工作效率得到大大提高。
