智能垃圾桶文獻(xiàn)綜述

1、 文獻(xiàn)綜述技術(shù)文件寫作與交流 課程作業(yè) 文獻(xiàn)綜述課 題 名 稱 ： 智能垃圾桶的相關(guān)研究 系 部： 機(jī)械工程系 專 業(yè) ： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓 名 ： _ 學(xué) 號(hào) ： 指 導(dǎo) 教 師 ： 二 0 一六年 十一月智能垃圾桶的研究和設(shè)計(jì)作者姓名： 作者單位：合肥工業(yè)大學(xué)聯(lián)系電話：摘要：本文總結(jié)了智能垃圾桶的設(shè)計(jì)方法, 它以單片機(jī)為核心, 實(shí)現(xiàn)垃圾桶的感應(yīng)開蓋, 延時(shí)自動(dòng)關(guān)蓋;當(dāng)檢測(cè)到垃圾桶滿時(shí), 發(fā)出無(wú)線信號(hào)給主機(jī), 主機(jī)通過(guò)程序 判斷哪個(gè)垃圾桶滿并給出相應(yīng)的提示信息。 該系統(tǒng)使得工作人員對(duì)分散在各處的多個(gè)垃圾桶的管理更加方便, 大大提高了管理效率。關(guān)鍵詞: 智能垃圾桶；單片機(jī)；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(chǎng)所等不可缺少的設(shè)施。 然而，在一些公共場(chǎng)合，雖然到處都有垃圾桶，但陳舊無(wú) 新意，缺乏一些人性化設(shè)計(jì)，使人們用起來(lái)既不方便也不 衛(wèi)生。例如：垃圾沒(méi)有丟進(jìn)桶內(nèi)，導(dǎo)致遍地狼藉、臭氣沖 天，嚴(yán)重污染環(huán)境；垃圾難以取出，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。本文介紹的 捷潔智能垃圾桶是針對(duì)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(duì)環(huán)境的污染，困擾著人們的日常

5、生活和健康。 其一，無(wú)蓋的垃圾桶雖然方便人們投送垃圾，但 是存在衛(wèi)生問(wèn)題，垃圾的各種難聞的氣味特別容易通過(guò)空氣傳播，而細(xì)菌的感染間接地給人們來(lái)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(duì)衛(wèi)生但是很不方便，而且必須通過(guò)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(shè)計(jì)了半自動(dòng)或全動(dòng)垃圾收集裝置，但均難以實(shí)現(xiàn)真正意義上的全自動(dòng)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(jìn)行人工干預(yù)，人們難以適 應(yīng)，因此一直難以推廣4。 2智能垃圾桶研發(fā)的價(jià)值智能垃圾桶可以有效的提高人們生活質(zhì)量，改善環(huán)境問(wèn)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(jī)率，無(wú)垃圾異味溢出，確保四周空氣清新，是社會(huì)發(fā)展的創(chuàng)新體現(xiàn)。3課題研究的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2 .1新型智能垃圾桶的系統(tǒng)組成及功能2.1.1 自動(dòng)翻閉蓋功能通過(guò)紅外感應(yīng)系統(tǒng)控制啟動(dòng)電路開關(guān)，電源給予動(dòng)作電路提供電 能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動(dòng)設(shè)計(jì)的曲柄滑塊傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)完成自動(dòng)翻閉蓋。 2.1.2自動(dòng)壓縮功能通過(guò)壓縮機(jī)構(gòu)將垃圾進(jìn)行壓縮處理，以節(jié)約垃圾桶的空間利用率。此壓縮機(jī)構(gòu)與垃圾箱蓋連在一起，使在自動(dòng)關(guān)蓋的同時(shí)帶動(dòng)壓縮機(jī)構(gòu)對(duì)垃圾進(jìn)行壓縮?？紤]到壓縮機(jī)構(gòu)安裝最佳點(diǎn)和運(yùn)作時(shí)的聯(lián)動(dòng)性，還有壓縮的面積和效果，本產(chǎn)品設(shè)計(jì)出一種既能夠?qū)崿F(xiàn)有效壓縮垃圾又不影響垃圾蓋開合的連桿機(jī)構(gòu) ，通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)的

7、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析，進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度變形分析達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。2.1.3語(yǔ)音提示功能通過(guò)編程模塊將詞條錄入存儲(chǔ)器中，在程序運(yùn)行的過(guò)程中通過(guò)喇叭 以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的播報(bào)。合理的語(yǔ)音提示，可以給人們以鼓勵(lì)與自豪感，增強(qiáng)人們的環(huán)保意識(shí)。本研究結(jié)合心理學(xué)的知識(shí)，收集 、整理和創(chuàng)出符合人們內(nèi)心認(rèn)知的恰當(dāng)提示語(yǔ)，同時(shí)對(duì)不同的場(chǎng)合配備了不同的語(yǔ)音提示。 2.1.4 滿箱檢測(cè)感應(yīng)功能在壓縮機(jī)構(gòu)上配 置壓力傳感器，壓縮垃圾時(shí)，當(dāng)被測(cè)構(gòu)件所受 作用力達(dá)到壓力傳感器設(shè)定的最大預(yù)設(shè)值，即認(rèn)為垃圾桶達(dá)到滿箱狀態(tài)，傳感器便會(huì)將壓力信號(hào)傳至單片機(jī)，觸發(fā)語(yǔ)音電路進(jìn)行滿箱語(yǔ)音提示，垃圾桶翻蓋機(jī)構(gòu)停止運(yùn)作。2.1.5 具地域特色的外形設(shè)

8、計(jì)針對(duì)不同的場(chǎng)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(shè)計(jì)垃圾桶外形，使各部分正常運(yùn)作而不互相影響。針對(duì)不同的地域特點(diǎn)，還可以添加一些地域風(fēng)格的標(biāo)志，如宣城徽文化的硯臺(tái)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(jī)最小系統(tǒng)如圖2所示，單片機(jī)最小系統(tǒng)由AT89C51 單片機(jī)、晶振電路以及復(fù)位電路組成。AT89C51 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)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(gè)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(gòu)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(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電 容C l、C2雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)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(shù)據(jù)采集的精度。TLC2 5 4 3是T I公司的12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù) 完 成A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程。TLC2543是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省5 1系列單片機(jī)I/O 資 源，且價(jià)格適中，分辨率較高。

10、( 3 ) 電源模塊需要220 V交流轉(zhuǎn)換成直流24 V供電動(dòng)機(jī)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(jī)供電。自制一個(gè)220 V 交流 轉(zhuǎn) ± 12 V的電源模塊如圖3 所示。 ( 4 ) 功放電路設(shè)計(jì)在一個(gè)多級(jí)放大器所構(gòu)成的放大系統(tǒng)中，功率放大器常置于末級(jí)，作用是提供足夠大的輸出功率以驅(qū)動(dòng)負(fù)載，如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電 器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。 ( 5 )紅外線信息檢測(cè)電路由紅外模塊、LED1、R1、RP、C1 組成。當(dāng)有人走到垃圾桶面前時(shí)，紅外線模塊的輸出點(diǎn)電平為 0，通過(guò) RP、紅外線模塊給電容 C1 充電，同時(shí)桶蓋上的藍(lán)色信號(hào)燈。能紅

11、外線自動(dòng)垃圾桶設(shè)計(jì)點(diǎn)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(dǎo)通電壓后延時(shí)( 大約 2 s 左右) 打開，所以這樣可避免因是經(jīng)過(guò)垃圾桶前，而非傾倒垃圾時(shí)誤動(dòng)作。 當(dāng)無(wú)人站在垃圾桶前時(shí)，紅外線模塊沒(méi)有接收到反射信號(hào)，此時(shí) LED 不點(diǎn)亮，桶蓋不動(dòng)作，此時(shí)為 常態(tài)。當(dāng)有人從桶前走過(guò)( 此信號(hào)屬于干擾信息) 時(shí)，紅外線模塊接收的信號(hào)由于電容 C1 的延時(shí)，繼電 器并不觸發(fā)接通，所以電路對(duì)干擾信號(hào)有抗干擾的作用10。( 6 ) 語(yǔ)音合成模塊 該模塊的核心是SYN6288語(yǔ)音芯片，它通過(guò)異步 串口（UART) 通訊方式，接收待合成的文本數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)文本到語(yǔ)音的轉(zhuǎn)換。 ( 7 ) 壓力感應(yīng)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(shí)，輸 出 0 24 m V 電壓信號(hào)，經(jīng)變送模塊放大，最后交由A D 采集 模塊傳輸給單片機(jī)。當(dāng)壓力值達(dá)200 N時(shí)，單片機(jī)就會(huì)控制語(yǔ)音模塊發(fā)出警報(bào)，并且箱蓋不再打開。( 8 ) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 本模塊選用 8 6 型兩相四線制步進(jìn)電機(jī)，DM8 6 0 驅(qū)動(dòng)器以及減速器實(shí)現(xiàn)自翻蓋控制。電機(jī)轉(zhuǎn)3圈時(shí)，其轉(zhuǎn)軸通過(guò)減速比為6 :1 的減速 器后帶動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)半圈，從而實(shí)現(xiàn)開蓋，電機(jī)朝著同一個(gè)方向再轉(zhuǎn)半圈后，蓋子合上。大致控制過(guò)程為：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制引腳發(fā)出脈沖，經(jīng) 過(guò)三極管提高驅(qū)動(dòng)能

13、力，將信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)器， 然后通過(guò)A +、A -、B +、B - 四線的輸出控 制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。2.2.2智能垃圾桶的軟件分析現(xiàn)在研究的軟件設(shè)計(jì)框圖大致如下（1）主程序設(shè)計(jì)（2）電機(jī)控制（3）語(yǔ)音合成模塊基于LD3320的智能語(yǔ)音控制垃圾桶系統(tǒng)采用 ST89C52單片機(jī)作為控制 MCU，其系統(tǒng)程序主要分為語(yǔ)音識(shí)別、容量探測(cè)、電機(jī)控制3個(gè)部分2.2.3智能垃圾桶的結(jié)構(gòu)分析電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器減速后，減速器輸出軸與轉(zhuǎn)盤較接，轉(zhuǎn)盤在邊緣處與連桿的一端鉸接，連桿的另一端與直動(dòng)桿下端鉸接，直動(dòng)桿上端 與拉桿下端鉸接，拉桿上端與蓋子鉸接，整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)置于桶身背側(cè)，桶身與蓋子鉸接 并且內(nèi)置有推拉式內(nèi)箱。當(dāng)紅外感應(yīng)開

14、關(guān)感應(yīng)有人體靠近時(shí)，觸發(fā)電路，電動(dòng)機(jī)運(yùn)作帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)連桿轉(zhuǎn)動(dòng)至最低點(diǎn)，直動(dòng)桿向下運(yùn)動(dòng)通過(guò)拉桿將蓋子拉開，蓋子在打開過(guò)程中通過(guò)頂桿將壓板拉起，此時(shí)由于延時(shí)電路控制，垃圾桶將保持開蓋狀態(tài)以便丟入垃圾。當(dāng)人離開后，紅外感應(yīng)開關(guān)再次觸發(fā)電路，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)1 8 0 ° ,轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)連桿轉(zhuǎn)動(dòng)至最高點(diǎn)，蓋子閉合，壓板可對(duì)垃圾進(jìn)行壓縮，電路運(yùn)行終止，若此時(shí)若垃圾對(duì)壓板作用力超過(guò)傳感器預(yù)設(shè)值，則觸發(fā)語(yǔ)言電路進(jìn)行語(yǔ)音提示。當(dāng)垃圾桶裝垃圾已到達(dá)規(guī)定容量，可手動(dòng)將內(nèi)箱拉出，倒完垃圾后放回即可6。4. 研究結(jié)論智能垃圾桶采用先進(jìn)的微電腦控制芯片，紅外傳感探測(cè)裝置機(jī)械傳動(dòng)部分組成是機(jī)、電一體的科技新產(chǎn)品

15、。開蓋設(shè)計(jì)突破了傳統(tǒng)垃圾桶無(wú)蓋或者側(cè)開口的思維，解決了側(cè)開口式垃圾桶不易投擲的缺點(diǎn)。產(chǎn)品的上開蓋設(shè)計(jì)解決了垃圾桶不易投擲垃圾的缺點(diǎn)，減少了垃圾投擲桶外的概率。更加人性化的側(cè)拉門設(shè)計(jì)和雙門交替開關(guān)設(shè)置在提高工作效率的同時(shí)又增強(qiáng)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(zhǔn)倒熱灰的標(biāo)志，而不銹鋼材料內(nèi)熱抗腐蝕性能可靠、使用壽命長(zhǎng)，便于清潔。但現(xiàn)在的智能垃圾桶多在語(yǔ)音系統(tǒng)以及紅外感應(yīng)自動(dòng)開閉蓋比較成熟，但在內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(duì)太陽(yáng)能的利用上考慮不周全，還有休眠節(jié)能。現(xiàn)在

16、的主要研究方向是在家居垃圾桶上的，而沒(méi)有更多考慮到公共場(chǎng)所。如果能單片機(jī)為核心，通過(guò)對(duì)熱、聲、光信號(hào)信號(hào)檢測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開蓋和合蓋，可以使用太陽(yáng)能、休眠節(jié)能、播放語(yǔ)音、吸收難聞氣味、滲瀝液的收集以及自動(dòng)檢測(cè)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(guò)垃圾進(jìn)行傳播，方便人們生活，并節(jié)約能源。參考文獻(xiàn)1張毅剛，彭喜元，彭宇.單片機(jī)原理及應(yīng)用 M北京：高等教育出版社 2010.52熊詩(shī)波，黃長(zhǎng)藝. 機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2006.53 梁婷，常國(guó)強(qiáng)，邢皓，辛操，唱巖.一種智能垃圾桶的研究與應(yīng)用J 機(jī)械工程師 2009 年第 1 期4羅萱格，全

17、自動(dòng)智能垃圾桶設(shè)計(jì)淺談 N 科技風(fēng) 2016年9月下5周強(qiáng)，管鋒，林琳，張飛，呂漲，湯高揚(yáng).一種自翻蓋可壓縮多功能智能垃圾桶的設(shè)計(jì)J 機(jī)械 1006-0316(2016)05-0051-046范立南，白志強(qiáng) 基于單片機(jī)的智能垃圾桶系統(tǒng)設(shè)計(jì)J 科研設(shè)計(jì)成果1671 -1041(2008)06-0016-027何侃，田亞清，李強(qiáng)，胡洲榮，張靜.基于LD3320的語(yǔ)音識(shí)別智能垃圾桶設(shè)計(jì)J 國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)2015.68周慧,許錦標(biāo)新型智能垃圾桶的設(shè)計(jì)方案N廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)1007-7162(2006)03-0085-049陳中躍,劉鵬,孫玲.基于單片機(jī)的智能垃圾桶設(shè)計(jì)J電子技術(shù)與軟件工程STC15F2K61S210 王和平 智能紅外線自動(dòng)垃圾桶設(shè)計(jì)N承德石油高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào) 第 13 卷 第 3 期，2011 年 9 月11 Perez-Gaspar, LA Caballero-Morales, SO M