前言

目前我國各城市包括首都正在深入開展爭創國家衛生城市活動，這是全國愛國衛生運動委員會辦公室評選命名的國家級衛生優秀城市的最高榮譽，是一個城市綜合素質的重要標志。沈陽市正在深入開展創建國家衛生城市和建設國家健康城市(以下簡稱“雙城雙創”)工作，全面加強區域衛生基礎設施建設，促進城鄉環境衛生改善，營造整潔健康的市容環境，解決與人民群眾切身利益息息相關的社會衛生問題，爭創生態宜居的健康示范城市。該產品的投放使用將使普通市民從不隨手亂扔垃圾這樣的點滴小事做起，養成良好的衛生健康習慣，成為“雙城雙創”的主動參與者，踴躍參與到環境治理中來，成為“雙城雙創”的積極踐行者。在逐步完善長效管理機制中，智能垃圾桶的使用可以是人人可見的亮點。

概述

本系統是一個物聯網下智能化控制系統，它運用了傳感器、通信技術、無線傳輸技術、及自動控制技術等，交叉了多種學科技術。主要研究內容如下：
（1）桶身外部主體及桶蓋以HDPE（高密度聚乙烯）為基底附加金屬烤漆工藝，內部為不銹鋼雙色桶膽，綠色為可回收，紅色為不可回收。桶身后側置有扶手，將扶手旋開，內部桶膽向后傾斜約60度用于回收垃圾袋，將新的回收袋固定在卡槽上將桶膽推回并關閉扶手。
（2）桶蓋開啟：采用紅外傳感器和舵機實現，紅外傳感器感應到人手接近時，把信息傳給開發板，開發板同時將開啟命令傳給舵機，舵機工作，開啟桶蓋，延遲4至5秒后關閉。
（3）語音提示：考慮到人們垃圾分類做的并不是很理想，桶蓋開啟同時通過語音提示人們按類別丟放垃圾。垃圾桶集滿狀態時，向人們提示垃圾桶已滿。
（4）垃圾狀態信息檢測：在垃圾桶底部到頂部5/6處安裝傳感器，兩側桶壁各有一個傳感裝置。當垃圾集到此處時，傳感器將信息傳給開發板，開發板將信息通過WiFi上傳云端，環衛工人手機從云端接收信息。
（5）物聯網及手機APP設計，環衛工人使用手機APP從云端接收垃圾桶狀態信息，了解已裝滿垃圾桶的位置信息，指導環衛工人工作。

主控系統

智能垃圾桶的主控系統是通過紅外模塊將識別到的數據，傳送給MCU進行處理，然后MCU將數據數據傳送給舵機模塊控制舵機的運動。同時將數據通過A9G模塊傳送到機智云平臺，然后再由機智云平臺傳送到手機APP。智能垃圾桶上電后開始初始化，檢測各個設備是否正常，然后發送AT指令到A9，然后通過A9G模塊連接機智云。紅外檢測模塊開始工作，如果檢測到紅外信號，紅外傳感器將數據傳送到MCU，MCU再將處理的數據傳送到舵機，實現開蓋與關蓋功能，如果桶內傳感器檢測到桶已經裝滿，將會發送數據到手機APP端進行通知，同時關閉桶蓋。

數據傳輸

聯網采用機制云物聯網云平臺，通過SIM卡進行通信，MCU發送數據到A9G模塊，然后數據通過機智云平臺傳送到手機APP進行顯示。需要上機智云官網注冊一個賬戶，然后生成相關的密鑰，每個密鑰和每個產品相匹配。如果想要進行數據通信，需要設置數據點。上電初始化成功后，電源燈亮起說明燈光電源工作正常，初始化指示燈亮起說明整體系統工作正常。上電后，通過串口助手，發送指令AT+，如果A9G模塊返回OK，則聯網成功。在機智云官網調試臺上顯示數據接收成功，說明聯網成功，芯片工作正常。垃圾桶的通信記錄可以在設備日志的記錄詳情中的上下線記錄中找到。智能垃圾桶結合物聯網平臺是一種新的嘗試，在做成成品之前，需要先驗證功能的正確性，智能垃圾桶在市場應該還有一定的發展前景。

具體硬件實現

智能垃圾桶具體硬件模塊分為單片機最小系統、人體感應電路模塊、紅外感應模塊、舵機驅動模塊和電源電路模塊。對整個系統起邏輯控制作用的是本設計的主控模塊，它是整個系統最重要的組成部分，也是整個系統的核心。由于STC15W408AS比其它型號芯片具有更優的性能，于是本設計采用的是前者。人體感應電路模塊采用MH-B型紅外距離傳感器。該傳感器連接方式簡單易懂，將輸出端口能夠直接與MCU 輸入輸出端口相連電路便可以工作，具體連接方式為：傳感器電源與單片機電源相連，傳感器接地端與單片機接地端相連，輸入與輸出相連。紅外感應模塊的設計采用了TCRT5000紅外反射距離傳感器，傳感器工作電壓3.3V～5V，供電后，電源指示燈點亮，當遇到障礙物時，電源指示燈和開關指示燈同時點亮，而在單片機開發板上，當遇到障礙物時D4指示燈點亮，顏色為RED，并且蜂鳴器會發出報警，提示人們要及時清理垃圾。舵機驅動模塊要通過舵機的正反轉來模擬垃圾桶的開關蓋。它的工作過程主要分為三個步驟：首先，舵機本身帶有一個控制信號，這個控制信號的周期為20毫秒，寬度為0.5毫秒，其次，在舵機工作過程中，當它收到這個信號時，馬上會產生另外一個負的脈沖信號，最后，將這兩個脈沖信號進行比較，如果輸入信號的脈沖寬度大于負脈沖信號，就會得到正的差值，舵機會根據這個差值的大小能夠旋轉不同的角度；若輸入信號的脈沖小于負脈沖信號，就會產生一個負的差值。產生正差值情況下，舵機順時針偏轉，產生負值的情況下，舵機逆時針偏轉，差值越大，旋轉的角度越大，差值越小，旋轉的角度越小，當差值被旋轉角度不斷消耗完后，舵機就不再繼續偏轉了。電源電路提供兩種供電形式，一種是使用穩壓電源供電，另外一種是利用電池供電，在電源供電過程當中二極管D5的作用是為了避免電源接反而造成的短路，起到保護電路的作用。由于整個設計采用的均是5V直流電，因此引用LM2940可以將9V電壓轉化為系統所需的電壓，從而供系統正常使用。電容C1、C2是電源濾波電容，起濾波的作用，能夠讓系統得到穩定的電壓，保證系統正常工作。當外界發生變化時，電容的電壓變化很小，不像其它器件那樣產生突變的電壓，于是，它能夠防止電壓大幅度波動。

總結

智能垃圾桶雖然市面上很常見，但是大多數的功能不是很完善。物聯網將是未來幾年的發展趨勢，抓住物聯網才能在將來有所發展。本文對智能垃圾桶做了細致全面的分析和介紹，能夠幫助人們更好地了解智能垃圾桶的功能。系統分為人體感應模塊、主控模塊、驅動模塊、電源模塊等主要模塊，圍繞單片機芯片為核心進行設計，對系統的軟硬件進行了設計、制作和調試。通過程序的燒成，證明該系統是可行的，能夠滿足設計的基本要求，達到了設計目標。