基于环境反向散射的自动开盖垃圾箱设计

沈 洲 王衍文 赵培焱

（西京学院 信息工程学院，陕西 西安710123）

垃圾桶在我们的日常生活中随处可见，但是传统的垃圾桶基本是靠手动或者脚踩打开盖子，这就存在着一定的卫生隐患，对于手脚不太方便的人来说也并不适用。目前市面上常见的自动开盖垃圾箱多数是基于红外线感应，利用红外传感器接收物体接近的信号，然后转换成电信号传输给触发控制装置打开盖子。但是这种装置离不开电源供电，需要经常更换电池，也不健康环保。为了克服此现状的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种基于环境反向散射的自动开盖垃圾箱，采用环境反向散射技术的自动开盖垃圾箱，当人或物体挡住了垃圾箱中发射器发出的无线射频波束达到一定的时间后，接收器将信号转化为电能启动电机打开盖子，避免人与有害细菌的直接接触，减少了卫生隐患。

1 系统组成及工作原理

本文设计的自动开盖垃圾箱，包括了设置在垃圾箱中的环境反向散射接收器。接收器由接收器能量收集单元、信号检测单元和功能单元组成。自动开盖垃圾箱控制框图如图1 所示。

接收器能量收集单元负责接收并收集环境中射频源所发出的射频信号，并将其转化成电能，为信号检测单元和功能单元供电。

当接收器中的信号检测单元检测到射频源所发出的射频信号时，表示现在没有人或者物靠近垃圾箱，此时不会触发功能单元工作。当没有检测到射频信号时，表示有人或物靠近垃圾箱，此时触发功能单元工作，垃圾箱盖子打开。

2 环境反向散射接收器设计

一种基于环境反向散射的自动开盖垃圾桶接收器电路原理图如图2 所示，通过芯片UR1 实现射频-直流能量转换，UR1 的型号为Powercast 公司的P2110B。

接收器能量收集单元111 的电容CR1 选择容量值为2.2mF的F750G228MRC；稳压芯片UR2 选择型号XC6206P182MRN；稳压芯片UR2 和电容CR2、CR3 组成稳压电路，电容CR2 的容值为8μF，电容CR3 的容值为2μF。

图1 自动开盖垃圾箱控制框图

图2 接收器电路原理图

图3 信号检测单元与功能单元电路原理图

一种基于环境反向散射的自动开盖垃圾桶接收器电路原理图如图3 所示，信号检测单元112 由芯片UR3、UR4 和电阻R等外围电路组成，UR3 为MSP430G2513 的控制芯片，UR4 为ADG901 的射频开关，电阻R 的阻值为4.5kΩ。功能单元由三极管、电磁继电器J、限位开关K 和减速电机M 组成的。电机M 选用N20 直流电机，额定电压为5V，电磁继电器型号为QYT73-005-ZS。电路中，继电器J、限位开关K 处于常闭触点1和3 上，电机不工作。

当人或物靠近垃圾箱前准备倒垃圾时，信号检测单元充电，当达到三极管的导通电压时，使三极管导通，继电器J 吸合，J 的主触点与2 导通，此时有电机M 通过限位开关K 和触点3形成回路，电机通电转动带动电机轴上的凸轮，利用杠杆的机械原理，使桶盖打开，限位开关K 被压到触点4 上，此时电机停止转动，桶盖打开并等待垃圾投入。

3 结论

利用环境反向散射技术的自动开盖垃圾箱，摆脱了对电池与交流电的依赖，做到了无源无线通信，此技术有着广泛的应用领域和发展空间，在绿色低耗能源和无线通信领域的发展中起到了推动作用。