基于物联网的智能垃圾桶系统设计

摘要：本文介绍一种基于物联网的智能垃圾桶系统的方法，它以CC2530为核心，实现垃圾桶的感应自动开盖和关闭；当超声波检测到垃圾的距离小于10cm时，触发电机的转动。因此垃圾桶的盖自动关上。垃圾桶处理系统监控中心检测出满的垃圾桶，发出处理命令。当垃圾得到清理，超声波检测到的距离大于10cm时，触发电机的转动，打开垃圾桶，该系统基于C/S模式下，可通过网络控制各个垃圾桶的工作。提高了管理效率。
关键词：物联网；智能垃圾桶；CC2530
中图分类号：TP732文献标志码：A
0引言
　　垃圾桶是要收纳各种各样的废弃物，每天都被细菌、病毒、霉菌等包围着，飘出很难闻的异味，从而污染室内或公共环境，因此也是一个极易藏污纳垢的“细菌窝”。专家提醒，要想确保居家健康、公共卫生，垃圾桶在选择、摆放和清洁方面都要特别注意。
　　因此垃圾桶不及时得到清理，不仅污染公共或者家居环境，而且危害到人们的健康。智能化的垃圾处理系统是迫切需要的。目前国外关于智能垃圾桶的研究取得了显著的进步。美国制造Big－Belly（大肚汉）垃圾桶已得到推广。这种智能垃圾桶的原理是利用安装在其上的太阳能电池板供电，配备一无线的收集效率管理和报告系统（CLEAN），把各垃圾桶的状况数据准确、实时地传报到管理人员的办公桌上。有CLEAN系统不断监测收集进程，根据三色液晶指示灯（显示荷载水平、机器状态和错误代码）来进行相应的处理。该智能垃圾桶还有一个巨大的优点是它能够压实垃圾，能容纳平常状态的五倍的垃圾。在国内也有智能垃圾桶的应用，上海世博会采用了一整套智能垃圾处理系统。垃圾桶的顶部和底部分别装有一个容量传感器和一个压力传感器，随着垃圾投入量的增加，两个传感器每5分钟就自动感应桶内垃圾与桶容量之间的关系，当桶内垃圾快要装满时，即以无线网络传输的方式将呼叫信号反馈到园区里的垃圾处理控制中心。管理人员监测到智能垃圾桶不断发出的呼叫信号，为装有GPS定位装置的垃圾运输车制定一条合理的装运垃圾路线，让其运输垃圾。
　　范立南、白志强研制出一种以AT89C51单片机为核心，自动感应开盖的智能垃圾桶。当垃圾桶满，桶盖长时间不能合拢，利用红外传感器探测到这一状况发送信号给单片机，单片机发出无线信号给主机，主机通过程序判断是哪个垃圾桶发出的信号，然后调用相应的子程序给出相应的提示信息，管理人员根据主机提示的信息，处理已满的垃圾桶［1］。
　　周慧、许锦标设计的系统运用了两种相互独立的通信方式：无线通信和红外。主要采用了无线发射模块TX5000和P89C51RA2单片机，遥控器端的发射器和垃圾桶端的接收器经过对电磁波的调制解调过程完成信息的传输，达到对机械设备的控制功能。当人体接近垃圾桶时，红外发射、接收器则通过对红外光波的调制解调过程，完成信息的传输，达到控制的目的［2］。
　　梁婷、常国强解决了侧开口式垃圾桶不易投掷的缺点。蓄电池和太阳能作为原动力，更加节约能源，环保无污染。产品的上开盖设计解决了垃圾桶不易投掷垃圾的缺点，减少了垃圾投掷桶外的概率。而自动封口和换袋装置的应用更是解决了传统垃圾桶内垃圾袋封口不严的问题［3］。
1系统的基本结构与原理
　　智能垃圾桶的结构设计如图1所示。首先，利用超声波节点探测有物体距离桶盖小于10cm时，会发出信号给电机，电机转动带动机轴上传送带收缩，将垃圾桶盖关闭。这时通过物联网能够感知到这个垃圾桶需要处理，因此通过物联网系统通过程序感知是哪个垃圾桶需要处理，然后调动工作人员将垃圾运走。当把垃圾运走之后，由于超声波节点探测到遮挡物体跟桶盖的距离大于10cm，超声波节点发送信号给电机节点，电机转动带动机轴上传送带放开，将垃圾桶盖打开。

图1结构示意图
2系统的硬件设计
　　系统的机械部分由垃圾箱、带传送带的电机、超声波节点、协调器、PC机、传感器设备。重点是传感器设备、超声波节点、电机、协调器等。电机采用的是步进电机，垃圾箱设计的侧面开口，垃圾以一个斜的角度滑进垃圾桶。如图2所示，一个垃圾桶上可以装有一个步进电机和超声波传感器。因为每个模块节点上都有传感器模块，所以他们的信号如果在协调器传感器接收数据的范围内，就一定能被传感器截获。如图所示，数据被上传到PC机里，管理人员可以通过网络监控到各个垃圾桶的情况，满的需要通知各个工作人员进行处理。处理后，把信号传送给协调器，协调器根据协议把信号发送到这个垃圾箱。在这里图2只是系统的一个缩影，一台PC机只是网络中的一个代表。网络中的另外一台PC机可以通过网络访问并控制智能垃圾桶系统如图3。