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智能垃圾分拣箱的设计
作者：温文雅 高瑞 郭福雁 胡佳程
来源：《科技创新与应用》2017年第25期
摘 要：本发明设计了一种垃圾自动分拣箱，该分拣箱可以对金属、瓶罐、果皮和纸张进行自动识别，分类并根据垃圾桶中的垃圾容量通过短信提醒相关人员及时对其进行回收。整个系统由太阳能供电，并且设置了可以自动根据环境调节量亮度的夜间照明部分。
关键词：智能垃圾分拣；垃圾箱；GSM；42型步进电机
中图分类号：TH122 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）25-0022-02
引言
垃圾分类及回收对环境至关重要，正如陈晓蕾在《剩食》中所说，“垃圾，都是放错位置的资源”。由此可见，如果处理好垃圾分类可以为社会带来巨大的经济效益，处理不好则会对自然环境和人类生活造成巨大影响。然而现阶段，垃圾分类的意识在我国推广的并不理想，垃圾不分类回收必然难以使它资源化、无害化。所以智能垃圾分拣箱从根本上解决了垃圾混和运输，克服了人工分拣难、不文明的问题，分拣出可回收物直接产生
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经济效益，从而完成了垃圾处理的资源化、无害化、减量化的全过程，形成了绿色产业链。
1 箱体设计
该垃圾箱主要由五个部分组成，即垃圾类型识别部分、垃圾自动分类部分、供电部分、照明部分和短信提醒部分。这五部分之间相互配合的机制如下：首先当有垃圾进入投放口后，垃圾识别部分将对投入的垃圾进行识别。识别完成后继而由垃圾自动分类部分将垃圾自动放入对应的桶中。整个系统由太阳能供电，并在垃圾箱中垃圾达到一定体积时通过短信提醒相关工作人员及时进行回收，同时设有可以自动调节亮度的夜间照明部分。
2 垃圾类型识别
本设计将垃圾分为金属类，瓶罐类，果皮类和纸张类。金属类由金属传感器E30-15AO进行识别，瓶罐由两对红外传感器通过对物体高度的检测来识别瓶罐，果皮和纸张则由颜色传感器GY-33来进行识别。具体识别流程如下：当垃圾进图投放口内后，金属传感器最先动作，若检测到是金属则相应的金属指示灯亮起，并带动机械结构进行下一步操作；若不是，则有两对红外传感器检测垃圾的高度是否能达到一般塑料饮料瓶的高度，若是则相应指示灯亮并进入机械结构部分操作；若不是，颜色传感器开始工作，检测器是废纸还是果皮，若反馈来的RGB.RED的值在400-600之间，则此垃圾为果皮（此处主要检测苹果皮或香蕉皮）；若大于700，则为废纸（此处废纸当以白色废纸为主），继而机械结构部分开始工作。
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3 机械结构
详细说明：
机械结构部分由底板、立板、丝杠、连杆、拨板组成。其三视图如图2。这一部分由两个电机控制，电机1控制底盘旋转，电机2控制丝杠移动。
（1）当垃圾检测信号通过串口通信传输给单片机，单片机控制电机1带动转盘转动到垃圾所对应的垃圾桶位置。
（2）电机1转动到相应的位置后，单片机控制电机2转动带动丝杠，丝杠带动拨板横向移动将垃圾推向对应的垃圾桶里面。
（3）当垃圾被推下后丝杠自动返回原来位置。本系统要实现在垃圾自动分类后的机电传动的装置的正常运行。分类的单片机通过串口通讯，将采集的垃圾类别的信号传输至我们需要的控制单片机，单片机运用控制芯片，控制步进电机实现对垃圾箱转盘的驱动以及丝杠上和丝杠滑块联动的推拉结构驱动的步进电机的运行控制。电机在这里选择带有42型步进电机并由TB6600步进电机驱动器驱动。
自动分类垃圾回收箱传动装置需要一个转动装置来旋转，转到垃圾识别完的垃圾所对应的分类垃圾箱进行最后的堆放工作。最后确定由展示转盘来改进，本设计选择35cm的展示转盘，因为它不但大小合适做工和材质都能有利于后续的工作可以装配42型步进电机，而且能完全实现我们对转动装置的要求以及有利于后续支架的搭建。
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丝杠选择带42型步进电机，有效行程为400mm的T型丝杆线性直线导轨滑台。带有42型步进电机的T型丝杠导轨总长度400+155mm，有效行程400mm，和转盘的大小相匹配。导轨采用高精度特性专机多面同时磨削，激光检测等手段，易于保证导轨的制造精度，有利于步进电机驱动导轨连接在上面的推板在转盘转到相应的垃圾对应的相应的垃圾箱所在位置时分类垃圾推入相应的垃圾箱。
本设计选择在市场上常见的压缩板作为整个机械结构的支架，自己动手来制作支架挡板以及所需架构。压缩板支架要能够承受丝杠以及其他装置的质量。
4 电源的选择
近年来，国家倡导使用低碳绿色能源，所以本设计在垃圾分拣箱的电源选择上选用了太阳能板搭配12V蓄电池的方式为整个系统供电。太阳能板位于整个箱体的顶部，以便更好地接受太阳光并加以利用。转化后的电能将存入位于箱体底部的蓄电池中供整个系统使用。考虑到蓄电池的重量，本设计将蓄电池放置在箱体最下方，目的是使箱体重心降低提高稳定性，避免大风刮倒垃圾桶造成内部的精密部件损坏。
5 短信提醒
当垃圾桶中的垃圾到达整体容量的80%时，置于桶壁上的一对红外对射探头将被触发，同时为了防止投掷垃圾的时候红外传感器对射被误当，所以红外传感器被遮挡时间超过三秒时，即单片机STM32F103持续接收到此红外传感器发出的低电平信超过三秒时，STM32F103向GSM模块发送一个指令，使GSM向工作人员发送短信，提醒工作
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人员清理该垃圾箱中的垃圾。触发的信号传递给STM32芯片的GSM模块，这样就可以短信通知相关人员及时将桶中即将装满的垃圾回收。
6 照明部分
为使垃圾桶在夜晚比较显眼，本设计考虑添加照明设备。傍晚时分，光敏模块检测到外界的光照亮度低于设定值时，发出信号给STM32，请求点亮LED灯。请求信号被STM32检测到后，给LED通电并点亮LED灯。如需调整LED灯的不同颜色，以增加美观度和在特殊天气下便于人们找到垃圾箱，可通过按键模块进行相应的按键，并使LED灯呈现不同的颜色。当天快亮时，光敏模块检测到外界的光照亮度达到设定值，发出信号给STM32，请求关闭LED灯。
7 结束语
本研究是采用STM32系列单片机作为整个系统的CPU，全面考虑公共设施的设计原则，拓展了现有垃圾箱的功能，使设计更符合智能化和人性化的要求。采用太阳能供电的设计以及自动调节箱体照明的设计更是环保节能的重要体现。
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