智能垃圾桶

摘要：

提出了一种新型智能垃圾桶的设计方案。采用基于单片机的智能化红外感应控制系统、无线通信系统，实现自动开关桶盖并调节开盖角度、遥控垃圾桶走动、智能封袋的功能。与传统智能垃圾桶相比较，功能性更强，智能化程度更高。

关键词：垃圾桶；红外感应；无线数据通信

对于“智能垃圾桶”这个名词，相信大家已不陌生，现在市场上已出现一种技术成熟的智能垃圾桶产品。它能够在人的手或物体接近投物口约15cm时，垃圾桶自动开盖，等垃圾投入完毕，垃圾桶桶盖又自动关闭。虽然该产品已不需用手直接接触垃圾桶桶盖，但要真正使垃圾桶实现智能化，这还只能算是第一步。由于这种垃圾桶的功能还比较单一，并且直接开关盖这一功能机械耗损程度较高，所以还有许多需要改进的地方。现在，许多发达国家如美国、英国都致力于研究新型智能型垃圾桶，使垃圾桶具有多项智能型功能。本文提出了一种实用型智能垃圾桶的方案，这种垃圾桶能够调节开盖的角度，控制垃圾桶走近消费者、遥控封袋，从功能方面更侧重于在生活细节上为消费者带来便利，卫生、环保、健康。

1新型智能垃圾桶的系统组成及功能

新型智能垃圾桶的系统结构如图1所示。

图1新型智能垃圾桶的系统结构图

该系统运用了两种相互独立的通信方式：无线通信和红外。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。

传统的垃圾桶通过红外感应装置实现了自动感应开盖的功能，但考虑到主妇在厨房做事时，会时常走动。若平凡出入垃圾桶检测有效范围就会导致垃圾桶时开时闭，机械的磨损程度显然就会增大，造成垃圾桶故障率的提高或使用寿命的缩短。这里，外设一个遥控器，通过无线通信子系统向桶内的接收器传达信号，使垃圾桶的翻盖如同家用空调般在一个角度固定，就可解决以上问题。同时，遥控器的应用还实现了控制垃圾桶移动到用户面前，自动开盖，垃圾装满时自动封袋等一系列动作。

2智能垃圾筒的硬件结构及工作原理

2.1遥控器

遥控器的结构如图2所示。

图2遥控器结构图

无线发射模块TX5000，是RFM公司的短距离高频无线发射专用芯片，其无线发射频率是433.92MHz，符合智能垃圾桶的无线通信要求。

键盘把带有特定功能的指令数据输出，通过扫描电路识别输出到通信控制器上；系统采用Philips公司的P89C51RA2单片机作为通信控制器，它的主要作用是获取扫描电路得到的键盘指令数据，并按照一定的通信格式进行编码，然后通过串口发送到发射模块TX5000上，最后通过发射天线输出。方案中单片机处理后的信息通过串口通信来输出，通信采用57600bit／s的串口传输率；通信模块TX5000工作于ASK调制方式上，并使用115.2kbit／s数据传输率来增大传输带宽，提高通信可靠性。

2.2无线接收器和智能垃圾桶的内部结构和工作原理

智能垃圾桶的无线接收器和智能垃圾桶的内部结构如图3所示。

图3智能垃圾桶内部结构图

垃圾桶端装有无线接收器，用来接收无线发射器发射过来的高频信号。RX5000的频率是433.92MHz的短距离高频无线接收专用芯片，工作于ASK调制方式上，具有l15.2kbit／s的数据传输率。用来接收无线发射器发射过来的高频数据。然后，通过波特率为57600bit／s的SCI模块把数据送到MEGA8单片机上，完成无线接收过程。MEGA8微处理器主要负责接收数据和数据解码处理。垃圾桶的控制翻盖角度，移动，封袋的功能都是在这种通信模式下通过控制指令放大驱动来完成的。

红外发射部分发射经过调制后载有测量信号的红外光波；如果有人靠近光电接收管，则红外光波受到人体的反射，反射回来的红外光波由光电接收管接收，然后经由单片机进行处理。单片机做出智能化控制决策，输出控制指令。控制信号经过控制信号放大与驱动环节之后驱动执行机构。

3遥控器和智能垃圾桶的软件设计

3.1无线通信方式和通信协议

由于RFM公司的RX5000系列的通信模块都是单工通信的，所以系统的通信是单方向的，即由遥控器发送驱动数据给智能垃圾桶。为了实现遥控器上每个按钮都对应特定的功能，本方案将单片机外接一个键盘矩阵，其中前4行的键盘矩阵规定用于发送单组信号，第5行键盘矩阵用于发送连续信号，即键盘按下后将不断发送多组相同的信号，直至键盘松开后才停止发送。

单一信号用于指定的功能，连续信号则用于翻盖控制中角度的调节。

当键盘发生按键操作时，单片机输出一个控制周期的无线指令信号是一串12个字节的字码。其中第1个字节是指令信号的引导码，其值固定为55H，第2～9个字节为前导效验位，第10个和第11个字节为具体的数据信号，对应不同的按键数据信号也不同，第12个字节是指令信号的结束码，其值固定为55H，表1即为无线指令信号格式。

表1数据通信格式表

D10和D11是键盘输入码，用两个字节表示。每个键盘指令经过编码解码后，单片机根据不同的编码执行相应的操作。当数据指令是走动操作时，D10为00或01或02，当指令数据为开盖操作时D10为EE，当指令数据为封袋操作时D10为FF。表2即为键盘输入码的数据格式。

表2键盘数据码表

3.2遥控器的软件设计

流程图如图4，开机后，先进行初始化。出于省电的考虑，在30s内没有键按下时，就进入节电等待模式。因此，用“for”循环来计时，并设定计数初值为0。随后开始30s计时，若是在此期间有键按下，则进入中断程序，若30s内无键按下，则进入节电等待模式。重新进行30s计时。若在节电模式中有键盘被按下，执行中断程序，否则自动关机。进人中断程序后，判断出哪个按键被按下，并将数据编码后发送，若判断出按键没有松开，则继续发送。返回前，重新设定计时初值为0。

图4遥控器的程序流程图

3.3垃圾桶端单片机的软件设计

MEGA8的程序流程图见图5。智能垃圾桶的核心控制器MEGA8并行地进行红外探测和无线接收，当人靠近垃圾桶时，红外光波折射回接收管时，触发信号从红外模块传送到MEGA8上，MEGA8根据红外的触发信号来驱动电机打开垃圾桶的翻盖；同样地，当人离开垃圾桶时，触发信号传送到MEGA8上，MEGA8就驱动电机闭合垃圾桶的翻盖。垃圾桶实时地进行无线接收遥控器的通信数据，首先判断该数据是否符合通信数据的协议，然后提取出键盘数据，取出数据中载有键盘指令的两个字节数据，通过逐个字节数据的辨识完成特定功能的实现。

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