智能垃圾桶硬件程序设计

随着生活水平的提高，人们越来越重视周边的环境卫生，追求健康的生活环境。现今，对于垃圾的投放处理问题也越来越关注，而且随着科技的进步，人们也要求垃圾桶更智能化。垃圾桶附近由于脏和臭，一直是我们所远离的区域，究其原因主要有两个：一是垃圾分类效果差，各种垃圾混杂，易腐烂变质，导致产生异味。二是垃圾桶装满没有得到及时的清理，导致垃圾外溢。为了减少异味和及时清理垃圾桶，因此文章研究设计了这款智能垃圾桶。

一、智能垃圾桶的硬件设计

基于Arduino智能垃圾桶设计的原理框图如图1所示。

从图1可以看出，除了控制单元外，主要包括显示模块、红外传感器感应模块、无线信号发射模块和电机驱动模块。本方案是以Arduino UNO R3作为核心控制单片机，控制各个模块协调配合来实现垃圾桶自动开盖及监测垃圾盈满程度等功能。其中，热释电红外传感器用于检测是否有人靠近扔垃圾，红外线测距传感器用于实时检测垃圾桶垃圾是否超过预设溢满度。一旦垃圾桶装满，即使检测到有人靠近，也不会自动开盖，且会给出相应提示信息。

1.1显示模块

显示部分分为文字显示和灯光显示，主要由一块液晶字符显示屏（LCD 1602）和两个led（一红一绿）构成。LCD1602液晶能够同时显示32个字符，可用来显示字母、数字、符号等。LCD1602引脚的功能可参照芯片使用手册。本系统中，如果垃圾桶没满，led绿灯亮，LCD显示屏显示“请按类扔垃圾”；如果垃圾桶已装满，led红灯亮，LCD显示屏显示“垃圾桶已满，请勿继续丢垃圾”。

1.2红外线传感器感应模块

采用的是红外避障传感模块和热释电红外传感器。红外避障模块技术规格如下：探测距离：2～30cm；工作电压：3.5～5V；标准电流消耗：33～50mA；输出量：模拟量输出，输出电压和探测距离成比例。

垃圾感应部分采用的是红外避障传感模块，此传感模块是泰威生产的红外距离传感器。红外线距离传感器会提供一个与感应到的障碍物成反比的电压输出信号，10cm以内时，点亮LED指示灯作为警报指示，在测量距离为10cm时，传感器会输出2.5V的电压。人体感应部分采用热释电红外传感器HS-SR501。调节距离电位器顺时针旋转，感应距离增大（约7米），反之，感应距离减小（约3米）。

1.3无线收发模块

无线数据模块具有较宽的工作电压范围3~12V，这样一旦电压发生变化，发射频率基本不变，有利于接收模块无需任何调整就能稳定地接收。这里选用的是315MHz的F05R无线收发模块，具有体积小、功耗低等特点。工作频率为315MHz，数据模块采用ASK方式调制，以降低功耗。

1.4电机驱动模块

文章的设计采用单级步进电机作为动力系统，这是因为步进电机比直流电机能更好控制电机旋转角度。微控制器是不能直接驱动电机的。这里用TIP130功率晶体管来驱动步进电机每个线圈。单极性驱动电路使用四颗晶体管来驱动步进电机的两组相位，电机的转速则由控制信号的时序来决定，采用4拍制模式运行，先转动第一步并延时5秒，然后转动第二步并延时5秒，接着转动第三步并延时5秒，最后转动第四步并延时5秒。

二、智能垃圾桶软件设计

软件程序的编写主要采用C语言，工作流程大致为：当程序开始执行时，首先进行定时器和各连接引脚的初始化，接着检测垃圾桶是否满了，如果没满就绿灯亮，当检测有人靠近时，打开垃圾箱盖，显示“请按类扔垃圾”，如果检测垃圾桶已经满了，则红灯亮，有人靠近垃圾箱盖子也不打开，显示“垃圾桶已满，请勿继续丢垃圾”，且无线发送模块发出信号，环卫处接到信息派人处理垃圾桶，程序回到检测垃圾桶处。

2.1红外线感应子程序设计

首先将传感器信号输出引脚置低电平，即进行初始化。当垃圾距离探头10cm时，传感器信号输出引脚置高电平，点亮红灯，显示相关信息，同时标志位置1输出高电平，此端连接无线模块使能端；否则传感器信号输出引脚置低电平，点亮绿灯，显示相关信息，同时，如果热释电传感器检测到有人丢放垃圾，电机驱动开启，打开垃圾桶盖，人离开后关闭。

2.2无线接发模块子程序设计

初始化后开始检测无线发射模块的使能信号是否为1，如果为高电平则发送垃圾桶已满信号。提醒的是，315M无线模块需要译码解码模块，本系统用的是软件解码译码。

总结

本文设计的智能垃圾桶利用避障测距红外线传感器检测垃圾箱是否盈满；利用热释电传感器检测是否有人要扔垃圾，根据夏普红外线检测结果控制垃圾箱盖的开关，并且通过LCD1602显示屏做出提示，且通过315mhz无线通信模块做出实时监控。相比传统垃圾桶，具有智能提示和智能开关功能，有一定的实用价值。

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