智能高效
远程控制
智能垃圾桶回收箱
本文设计了基于机械传动、嵌入式系统和物联网技术的智能垃圾回收箱及控制系统,包括结构、硬件和软件设计,以及基于机智云后台服务器的操作系统,实现了用户信息识别和与垃圾箱的信息交互,测试结果满足了设计目标。
物联网技术可提高垃圾回收管理效率,可开发智能回收系统,实时监控回收过程,通过物联网协作,收集分析数据,及时清理满载垃圾桶,降低人力成本,改善垃圾箱环境。
01
分析智能垃圾分类技术与物联网技术发展,确定研究目标。
02
提出智能垃圾回收箱系统方案,详细设计结构。
03
详细设计控制系统硬件,包括主控制器、传感器选型及监控系统。
04
详细设计控制系统软件,包括云平台选择、信息交互和各模块实现方法。
05
测试智能垃圾回收箱功能,验证云平台功能和垃圾投放过程的有效性。
针对城市垃圾量大、回收难问题,设计了一款智能垃圾回收箱,旨在提高居民分类投放积极性,减少可回收物浪费,实现垃圾再利用。系统分为机械结构、控制系统和远程平台。根据功能要求,回收箱可处理纸张、金属、塑料和织物等多种垃圾,提高回收效率。
01
用户识别:通过 IC 卡或者手机 APP 上的二维码对用户的身份进行验证,验证成功后方可投放垃圾。
02
回收门控制:能够自动开关门,在 LCD 屏上显示开关门状态;开门时伴随有语音提示,关门时系统带有防夹手检测、防挤压检测、满溢检测等功能;后台监控垃圾满溢之后,远程提醒工作人员及时对回收物进行处理。
03
垃圾称重:对用户投放的垃圾进行称重,将称重数据上传至云平台。并能够检测桶内垃圾是否减少,投放垃圾质量太轻时,能够过滤重量
04
LED 显示:显示设备的工作状态和垃圾投放状态。
05
系统开机自检:设备开机时,能够自动检查设备的状态,减少后续使用时出现的问题。
内部若放置容积 240L 的垃圾桶,容积过大,会导致智能垃圾回收箱外形尺寸过大,不方便用户投放;容积过小,会增加垃圾清运的频率,比较后选择仅次于最大容积的 120L 容量垃圾桶放置于回收箱内部。
长度方向设计 210mm 余量,由于箱体在宽度方向需要安装的元器件较多,设计 550mm 的余量,高度方向设计 660mm 余量,以便放置称重装置和开关门装置。所以,智能垃圾回收箱总长度为(210+550)×4=3040mm,宽度为 470+550=1020m,高度为 920+660=1580mm。
每个分箱有独立的回收物投放口和内置垃圾桶,当桶满时,可取出并运往公司处理。箱体配备四种回收物投放口的控制按键,前面有扫码装置用于身份确认。中间的显示屏显示运行状态,并实时反馈投放信息给居民。顶部摄像头监控投放情况,防止盗窃。智能垃圾回收箱的三维模型见下图。
投放口开关门机构设计
传统垃圾箱的投放口是手动打开的,用户投放垃圾时手上容易沾染垃圾桶中的细菌,对人体健康产生布良影响。
#部分智能垃圾箱的投放口采用弹出开盖式,桶盖打开速度很快,人在没有防备的情况下容易受到伤害。针对上述问题,本文设计的智能垃圾回收箱采用不接触垃圾桶、滑盖式的开关门机构。
投放口防夹手机构由固定板、活动板、弹簧装置、连接板、开关触板、行程开关、限位板、固定件组成。开关门机构通过连接装置控制投放门的闭合,固定板安装在投放门上,随投放门同步运动。
限位板的固定件安装在固定板中,限位板中有滑槽,固定件可在滑槽内滑动,固定板和活动板两边安装有平行的限位装置和行程装置。与活动板相连的连接板与弹簧下端连接,固定板与弹簧上端连接,位于固定板的中部。
此方案中垃圾投放门关闭接触到人体时,有弹簧装置作为缓冲,两边的固定件沿着限位板滑槽滑动,减少了对人手的挤压力度。当固定件滑到滑槽最大行程时,开关触板也会触发行程开关,此时电机转向改变,回收门再次打开。回收门关闭时,投放口若有物体存在,此装置就会重复上述运动过程,直到用户将垃圾完全投入到智能垃圾回收箱内。
01
回收物称重机构设计
回收物称重方式在回收箱中安装称重装置来实现,每个垃圾桶采用一个传感器进行称重,安装在箱内垃圾桶下方,结构如图。
02
回收物压缩机构设计
垃圾满溢后,会有工作人员清理,但频繁清理增加成本。为减少清理频率,智能垃圾回收箱内设计了压缩装置,使垃圾密实,增大存储量,不影响居民使用。压缩装置由电机、螺杆等组成,通过正反转控制压块的升降,当垃圾达到一定高度时,压块开始压缩。
智能垃圾回收箱功能多、数量多,设计一个功能全面、费用适中的核心控制系统非常重要。主要功能模块如下:
01
主控制器
STM32 单片机是一款接口丰富、性价比高的单片机。该控制器能够同时控制多个功能模块,且联网方便,能够实现远程后台的控制。
02
电源模块
智能垃圾回收箱一般在居民小区里投放,可以连接至小区的电力系统,市电经电源模块转换为其它模块正常工作所需要的电压。
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称重检测模块
要实现对垃圾的称重,须在回收箱里内置传感器,对居民每次的垃圾投递操作进行实时测量,上传数据。当垃圾超重时,能够发出信号,通知工作人员进行处理,当垃圾减少时也能够发出报警信号。
04
显示模块
在智能垃圾回收箱上安装液晶显示屏,通过界面显示可以提醒用户进行合理操作,同时 LED 指示灯显示设备的工作状态。
05
电机控制模块
电机控制模块控制步进电机和直流电机。步进电机对智能垃圾回收箱投放门进行控制,直流电机对智能垃圾回收箱中的垃圾进行压缩和控制灭火球的启用。
小结
从智能垃圾回收箱的功能需求出发,提出了智能垃圾回收箱的总体方案。对智能垃圾回收箱的总体结构和关键装置的结构进行了详细设计,提出了硬件和软件相配合的控制系统方案。
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