智能垃圾桶文獻綜述

1、 文獻綜述技術文件寫作與交流 課程作業(yè) 文獻綜述課 題 名 稱 ： 智能垃圾桶的相關研究 系 部： 機械工程系 專 業(yè) ： 機械設計制造及其自動化 姓 名 ： _ 學 號 ： 指 導 教 師 ： 二 0 一六年 十一月智能垃圾桶的研究和設計作者姓名： 作者單位：合肥工業(yè)大學聯系電話：摘要：本文總結了智能垃圾桶的設計方法, 它以單片機為核心, 實現垃圾桶的感應開蓋, 延時自動關蓋;當檢測到垃圾桶滿時, 發(fā)出無線信號給主機, 主機通過程序 判斷哪個垃圾桶滿并給出相應的提示信息。 該系統(tǒng)使得工作人員對分散在各處的多個垃圾桶的管理更加方便, 大大提高了管理效率。關鍵詞: 智能垃圾桶；單片機；傳感器；

2、Research and design of intelligent ashbinAuthors name: Wang WeiThe author units: Hefei University of TechnologyContact phone number:bstract: This paper summarizes the design method of intelligent trash can, it is AT89C51 single chip microcomputer as the core, to implement the trash the

3、induction of open, delay shut automatically cover; When they tested the trash can is full, a wireless signals to the host, the host through which trash can full of procedures and give the corresponding message. The system makes the staff management of the multiple trashes scattered more convenient,

4、greatly improving the efficiency of managementKeywords: intelligent ashbin; microcontroller; sensor; 1. 研發(fā)背景垃圾桶是家庭、小區(qū)、公共場所等不可缺少的設施。 然而，在一些公共場合，雖然到處都有垃圾桶，但陳舊無 新意，缺乏一些人性化設計，使人們用起來既不方便也不 衛(wèi)生。例如：垃圾沒有丟進桶內，導致遍地狼藉、臭氣沖 天，嚴重污染環(huán)境；垃圾難以取出，費時費力。本文介紹的 捷潔智能垃圾桶是針對目前垃圾桶存在諸多缺陷而提出 的一種全新的智能垃圾桶3傳統(tǒng)的生活垃圾收集方式對環(huán)境的污染，困擾著人們的日常

5、生活和健康。 其一，無蓋的垃圾桶雖然方便人們投送垃圾，但 是存在衛(wèi)生問題，垃圾的各種難聞的氣味特別容易通過空氣傳播，而細菌的感染間接地給人們來了種種疾病的隱患，影響人們的生活；其二，有蓋的垃圾桶相對衛(wèi)生但是很不方便，而且必須通過自己親自開垃圾桶的蓋子才能扔垃圾，這樣就容易造成接觸感染，既不衛(wèi)生又影響心情。為此，不少科技工作者設計了半自動或全動垃圾收集裝置，但均難以實現真正意義上的全自動智能化控制，仍然需要扔垃圾者、收垃圾者，以及垃圾箱管理 者進行人工干預，人們難以適 應，因此一直難以推廣4。 2智能垃圾桶研發(fā)的價值智能垃圾桶可以有效的提高人們生活質量，改善環(huán)境問題，提高環(huán)衛(wèi)工人的工作效率，減少

6、了生活中各種病菌交叉感染的機率，無垃圾異味溢出，確保四周空氣清新，是社會發(fā)展的創(chuàng)新體現。3課題研究的國內外發(fā)展現狀2 .1新型智能垃圾桶的系統(tǒng)組成及功能2.1.1 自動翻閉蓋功能通過紅外感應系統(tǒng)控制啟動電路開關，電源給予動作電路提供電 能轉化為機械能，帶動設計的曲柄滑塊傳動機 構完成自動翻閉蓋。 2.1.2自動壓縮功能通過壓縮機構將垃圾進行壓縮處理，以節(jié)約垃圾桶的空間利用率。此壓縮機構與垃圾箱蓋連在一起，使在自動關蓋的同時帶動壓縮機構對垃圾進行壓縮?？紤]到壓縮機構安裝最佳點和運作時的聯動性，還有壓縮的面積和效果，本產品設計出一種既能夠實現有效壓縮垃圾又不影響垃圾蓋開合的連桿機構 ，通過對機構的

7、運動及動力分析，進行相關結構設計及強度變形分析達到設計目標。2.1.3語音提示功能通過編程模塊將詞條錄入存儲器中，在程序運行的過程中通過喇叭 以實現語音的播報。合理的語音提示，可以給人們以鼓勵與自豪感，增強人們的環(huán)保意識。本研究結合心理學的知識，收集 、整理和創(chuàng)出符合人們內心認知的恰當提示語，同時對不同的場合配備了不同的語音提示。 2.1.4 滿箱檢測感應功能在壓縮機構上配 置壓力傳感器，壓縮垃圾時，當被測構件所受 作用力達到壓力傳感器設定的最大預設值，即認為垃圾桶達到滿箱狀態(tài)，傳感器便會將壓力信號傳至單片機，觸發(fā)語音電路進行滿箱語音提示，垃圾桶翻蓋機構停止運作。2.1.5 具地域特色的外形設

8、計針對不同的場合，考慮美觀和便于傾倒及清潔，并滿足各 種裝置的安排需要，合理設計垃圾桶外形，使各部分正常運作而不互相影響。針對不同的地域特點，還可以添加一些地域風格的標志，如宣城徽文化的硯臺形象等5 。2.2智能垃圾桶的工作原理2.2.1智能垃圾桶的硬件分析( 1 ) 單片機最小系統(tǒng)如圖2所示，單片機最小系統(tǒng)由AT89C51 單片機、晶振電路以及復位電路組成。AT89C51 中有一個用于構成內部振蕩器的高增益反相放 大器，引腳 XTAL和 XTAL2 分別是該放大器 的輸入端和輸出端3。這個放大器與作為反饋元 件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激 振蕩器。外接石英晶體（或陶瓷振蕩器）及電容

9、C l、C2接在放大器的反饋回路中構成并聯振蕩電路。對外接電 容C l、C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振 蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，則推薦電容使用30pF± 10PF，而如使用陶瓷振蕩器 ，建議選擇40pF ± 10pF( 2 ) AD模塊 AD采集模塊采用11通道的TLC2543提高數據采集的精度。TLC2 5 4 3是T I公司的12位串行模數轉換器，使用開關電容逐次逼近技術 完 成A/D轉換過程。TLC2543是串行輸入結構，能夠節(jié)省5 1系列單片機I/O 資 源，且價格適中，分辨率較高。

10、( 3 ) 電源模塊需要220 V交流轉換成直流24 V供電動機使用 ，± 12 V 給功放供電，12 V給壓力傳感器供電 ，5 V給單片機供電。自制一個220 V 交流 轉 ± 12 V的電源模塊如圖3 所示。 ( 4 ) 功放電路設計在一個多級放大器所構成的放大系統(tǒng)中，功率放大器常置于末級，作用是提供足夠大的輸出功率以驅動負載，如使揚聲器發(fā)聲、繼電 器動作、儀表指針偏轉等。 ( 5 )紅外線信息檢測電路由紅外模塊、LED1、R1、RP、C1 組成。當有人走到垃圾桶面前時，紅外線模塊的輸出點電平為 0，通過 RP、紅外線模塊給電容 C1 充電，同時桶蓋上的藍色信號燈。能紅

11、外線自動垃圾桶設計點亮，桶蓋并不打開，而是等待電容兩端的電壓升高到三極管的導通電壓后延時( 大約 2 s 左右) 打開，所以這樣可避免因是經過垃圾桶前，而非傾倒垃圾時誤動作。 當無人站在垃圾桶前時，紅外線模塊沒有接收到反射信號，此時 LED 不點亮，桶蓋不動作，此時為 常態(tài)。當有人從桶前走過( 此信號屬于干擾信息) 時，紅外線模塊接收的信號由于電容 C1 的延時，繼電 器并不觸發(fā)接通，所以電路對干擾信號有抗干擾的作用10。( 6 ) 語音合成模塊 該模塊的核心是SYN6288語音芯片，它通過異步 串口（UART) 通訊方式，接收待合成的文本數據，實現文本到語音的轉換。 ( 7 ) 壓力感應以及

12、變送模塊壓力傳感器選用TS0 3 型稱重傳感器，量程 50 kg。變送模塊供電12 V，傳感器由變送模塊供電。傳感器受到壓力時，輸 出 0 24 m V 電壓信號，經變送模塊放大，最后交由A D 采集 模塊傳輸給單片機。當壓力值達200 N時，單片機就會控制語音模塊發(fā)出警報，并且箱蓋不再打開。( 8 ) 電機驅動模塊 本模塊選用 8 6 型兩相四線制步進電機，DM8 6 0 驅動器以及減速器實現自翻蓋控制。電機轉3圈時，其轉軸通過減速比為6 :1 的減速 器后帶動機械機構轉半圈，從而實現開蓋，電機朝著同一個方向再轉半圈后，蓋子合上。大致控制過程為：單片機控制引腳發(fā)出脈沖，經 過三極管提高驅動能

13、力，將信號傳給驅動器， 然后通過A +、A -、B +、B - 四線的輸出控 制電機轉動。2.2.2智能垃圾桶的軟件分析現在研究的軟件設計框圖大致如下（1）主程序設計（2）電機控制（3）語音合成模塊基于LD3320的智能語音控制垃圾桶系統(tǒng)采用 ST89C52單片機作為控制 MCU，其系統(tǒng)程序主要分為語音識別、容量探測、電機控制3個部分2.2.3智能垃圾桶的結構分析電動機經減速器減速后，減速器輸出軸與轉盤較接，轉盤在邊緣處與連桿的一端鉸接，連桿的另一端與直動桿下端鉸接，直動桿上端 與拉桿下端鉸接，拉桿上端與蓋子鉸接，整個機械傳動機構置于桶身背側，桶身與蓋子鉸接 并且內置有推拉式內箱。當紅外感應開

14、關感應有人體靠近時，觸發(fā)電路，電動機運作帶動轉盤，轉盤帶動連桿轉動至最低點，直動桿向下運動通過拉桿將蓋子拉開，蓋子在打開過程中通過頂桿將壓板拉起，此時由于延時電路控制，垃圾桶將保持開蓋狀態(tài)以便丟入垃圾。當人離開后，紅外感應開關再次觸發(fā)電路，電動機繼續(xù)轉動1 8 0 ° ,轉盤帶動連桿轉動至最高點，蓋子閉合，壓板可對垃圾進行壓縮，電路運行終止，若此時若垃圾對壓板作用力超過傳感器預設值，則觸發(fā)語言電路進行語音提示。當垃圾桶裝垃圾已到達規(guī)定容量，可手動將內箱拉出，倒完垃圾后放回即可6。4. 研究結論智能垃圾桶采用先進的微電腦控制芯片，紅外傳感探測裝置機械傳動部分組成是機、電一體的科技新產品

15、。開蓋設計突破了傳統(tǒng)垃圾桶無蓋或者側開口的思維，解決了側開口式垃圾桶不易投擲的缺點。產品的上開蓋設計解決了垃圾桶不易投擲垃圾的缺點，減少了垃圾投擲桶外的概率。更加人性化的側拉門設計和雙門交替開關設置在提高工作效率的同時又增強了垃圾桶的密封性，確保了其附近空氣的清新。在選材上則采用了耐熱、抗腐蝕的不銹鋼材料，傳統(tǒng)的垃圾桶大多是塑料材料，不耐熱，一般印有不準倒熱灰的標志，而不銹鋼材料內熱抗腐蝕性能可靠、使用壽命長，便于清潔。但現在的智能垃圾桶多在語音系統(tǒng)以及紅外感應自動開閉蓋比較成熟，但在內部結構上還是有所欠缺，比如防滲瀝液，吸收難聞氣味上比較少，以及對太陽能的利用上考慮不周全，還有休眠節(jié)能?，F在

16、的主要研究方向是在家居垃圾桶上的，而沒有更多考慮到公共場所。如果能單片機為核心，通過對熱、聲、光信號信號檢測和控制，實現自動開蓋和合蓋，可以使用太陽能、休眠節(jié)能、播放語音、吸收難聞氣味、滲瀝液的收集以及自動檢測垃圾重量的功能。就可以防止減少衛(wèi)生感染的隱患，能有效減少各種傳染性疾病通過垃圾進行傳播，方便人們生活，并節(jié)約能源。參考文獻1張毅剛，彭喜元，彭宇.單片機原理及應用 M北京：高等教育出版社 2010.52熊詩波，黃長藝. 機械工程測試技術基礎M.北京：機械工業(yè)出版社 2006.53 梁婷，常國強，邢皓，辛操，唱巖.一種智能垃圾桶的研究與應用J 機械工程師 2009 年第 1 期4羅萱格，全

17、自動智能垃圾桶設計淺談 N 科技風 2016年9月下5周強，管鋒，林琳，張飛，呂漲，湯高揚.一種自翻蓋可壓縮多功能智能垃圾桶的設計J 機械 1006-0316(2016)05-0051-046范立南，白志強 基于單片機的智能垃圾桶系統(tǒng)設計J 科研設計成果1671 -1041(2008)06-0016-027何侃，田亞清，李強，胡洲榮，張靜.基于LD3320的語音識別智能垃圾桶設計J 國外電子測量技術2015.68周慧,許錦標新型智能垃圾桶的設計方案N廣東工業(yè)大學學報1007-7162(2006)03-0085-049陳中躍,劉鵬,孫玲.基于單片機的智能垃圾桶設計J電子技術與軟件工程STC15F2K61S210 王和平 智能紅外線自動垃圾桶設計N承德石油高等專科學校學報 第 13 卷 第 3 期，2011 年 9 月11 Perez-Gaspar, LA Caballero-Morales, SO M