基于单片机的多功能家用干湿垃圾分类装置的研究*

贾超群 ， 麻耀华 ， 陈孝慎

（山东华宇工学院，山东 德州 253034）

0 引言

随着社会的发展与进步，人们生活习惯的改变，生活质量的提高，生活垃圾处理的需求愈发迫切，垃圾分类尤为重要，垃圾分类是对垃圾收集处置传统方式的改革，是有效处置垃圾的一种科学管理方法[1-2]。

在查阅大量干湿垃圾系统相关文献和资料的基础上，对干湿垃圾系统的特点和要求进行综合对比分析，课题组设计了单片机多功能家用干湿垃圾分类装置。它将人工智能技术与现实生活相结合，能够为垃圾分类提供智能决策和支持，达到精准化生产管理的目的。同时，还能提高人们生活质量，既环保又能产生经济效益。垃圾分类控制系统提供自动化程序，可以检测干湿垃圾，检测垃圾重量，检测垃圾桶是否满了，并且可以通过App进行实时监控。垃圾分类装置可以有效节约时间，方便人们的生活。

1 国内外研究现状和发展动态

德国、美国以及日本的生活垃圾分类从最开始的人工式到发出提醒的半自动式，再到感应式；按照操作方式可分为滑道式和机械手，最后发展成智能化程度很高的全自动小型机器人。2003年之后步入信息时代，垃圾分类发展方向更加趋向于互联网和云计算，已经有了一套完整的生活垃圾分类法律体系和分类后的垃圾处理处置体系[3]。

重庆大学的邓冰峰[4]提出了一种基于微波无损检测技术，利用空间平面电磁波反射和透射的叠加原理进行垃圾分类的研究方法。通过使用与空间波传输方法相同形式的实验装置，同时检测发射天线端和接收天线端的微波信号，发射天线端的微波功率降低到衰减器使用的探测器检测范围时，探测器将发射天线端和接收天线端的微波信号转换为电压信号，采集卡对电压信号进行采集和分析[5]，最后将KNN分类算法应用于城市生活垃圾的干湿分类。这类装置费用较高，难以制成成本低、效率高的小型家用分类装置，不能达到预期的效果。

基于以上调研，课题组提出了一个基于单片机的多功能家用干湿垃圾分类装置。

2 单片机多功能家用干湿垃圾分类装置的设计

2.1 系统总体需求

近年来，根据研究结果可以看出，快速有效的垃圾分类对保护自然资源、自然环境是至关重要的。目前，大部分垃圾分类都是通过传统的人工管理来实现的，垃圾分类效率低，人工劳动强度高。这样看来，垃圾分类装置不仅可以降低人工成本，还可以减少社会资源的浪费，贯彻绿色环保理念。因此，有效进行垃圾分类对于满足人类生活需求具有十分重要的意义[6]。

2.2 设计内容

本项目在山东华宇工学院电气学院相关老师的共同指导下，由项目负责人带领的小组研究基于单片机的多功能家用干湿垃圾分类装置。该系统通过湿度传感器、红外满载传感器、紫外线感应消毒技术对垃圾进行分类。用单片机[7]编程控制整个系统的运行，当红外线发射信号后，蜂鸣器发出响声用于提醒用户，此外该装置还装有自动粉碎装置，识别到垃圾之后会自动启动将垃圾粉碎，粉碎后的垃圾方便使用者处理。

2.3 整体设计

基于上述分析，设计一款基于单片机的多功能家用干湿垃圾分类装置，提供一种新型的家用干湿垃圾分类装置，该装置可以自动区分出干湿垃圾，而且还装有太阳能板[8]可以节约用电。在湿垃圾储藏仓底部还有排水口，可以将多余的污水排放出来，这样不用担心在扔垃圾时有污水流出来而造成的环境污染，并且此装置大大提高了垃圾回收率。技术路线主要分为干湿垃圾检测系统、垃圾回收系统、满载检测系统、太阳能发电系统、物联网系统等，如图1所示。

图1 系统结构图

2.4 硬件设计

基于单片机的多功能家用干湿垃圾分类装置主要硬件是湿度感应器、重力感应器、红外线触发器、紫外线感应灯[9]等。

家用干湿垃圾分类的智能装置区利用太阳能光板进行发电，然后通过干湿感应器对垃圾进行分类和整理，对于有污水产生具有特殊气体的垃圾进行一个紫外线消毒。通过单片机可以控制整个系统，这使得整个流程得以顺利进行，带动整体的工作。

按下开关，整个工作开始，垃圾投放进来，首先由湿度感应器区分干湿垃圾，感应器将垃圾进行分类，然后将不同的垃圾放到不同的收纳箱中，如果是干垃圾就会落入干垃圾的储存仓，如果是湿垃圾将会粉碎垃圾，粉碎后便将这些垃圾放到垃圾储藏仓中，此时旋转桶旋转将湿垃圾的污水通过排水口排出。同时利用紫外线消毒灯进行消毒，这就是此装置工作的整个过程。

红外线接收发射器的运用方法如下：在倒的垃圾产生一定的数量和最高水位、污水的储存到达一定的高度储存空间难以满足时，红外接收发射器就开始响应，提醒人们进行处理，人们受到提示后，按下开关就可以进行处理[10]。同时，这个干湿垃圾的分类智能装置还有一个LED的灯泡，帮助使用者在夜间分辨出垃圾处理装置在什么地方，它本身是通过太阳能光板发电进行通电。它还带一个测温系统，对系统处理装置和周围环境进行测温，更加方便了人们的生活。这就是垃圾分类智能装置的总体内容，其实物结构图如图2所示，三维立体图如图3所示。

图2 实物结构图

图3 三维立体图

2.5 软件设计

干湿垃圾分类系统可以对控制干湿垃圾的储存仓消毒。分析模型可以实现自动控制设备，例如垃圾粉碎、垃圾回收、重力感应等。另外，此干湿垃圾分类系统可以通过红外线检测系统检测垃圾的多少，确保在垃圾桶满时可以及时清理，实现良好的管理，为高质量的生活创造条件。此系统不仅使用成本低，还大大减少了人力资源的成本。软件设计如图4所示。

图4 软件设计图

3 结论

通过学习和研究，本项目采用传感器采集垃圾湿度的方法，解决了干湿垃圾分类难的问题，同时结合单片机技术，使项目开发成本更低、使用更方便，手机App的开发为用户提供更好的实时监控。本项目所设计的家用干湿垃圾分类的智能装置，各方面性能都比较高，相较于传统模式，投放效率更高，节约时间，有着较高的研究价值，发展前景乐观。