智能垃圾回收箱功能实验

 

需要系统地介绍智能垃圾回收箱软件硬件设计完成后的设备运行状况，包括正常工作和问题调试。同时，也要描述当所有设备正常工作时智能垃圾回收箱的操作流程。

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硬件模块的试验

在智能垃圾回收箱的正常运转过程中，会涉及到回收箱的语音播报模块，电机驱动模块，超声波传感模块，垃圾称重模块，无线数据传输模块等。

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语音播报模块的试验

语音播报模块的主要功能是播放“垃圾分类，家园更美”，提醒用户选择垃圾分类按钮，投放垃圾剩余时间，垃圾回收舱门关闭注意不要夹手以及本次所回收垃圾的重量。在调试的过程中需要用到串口调试工具和语音调试工具，使每个动作过程匹配对应的语音。

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电机驱动模块的试验

电机驱动模块的主要功能是驱动步进电机，从而控制智能垃圾回收箱回收门的开启和关闭。此智能垃圾回收箱的步进电机的型号为 42BYGH34 型，将步进电机接到电机驱动模块上，电机转动速度通过调节单片机输出口的 PMW 信号进行控制，如果回收门在开启和关闭过程中不影响回收箱的平稳性即为合理。

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超声波传感模块的试验

超声波模块的主要功能是安装在回收箱的箱顶测量箱顶距离箱体内垃圾的高度，从而实现测量并判断回收物的满溢状况。进行超声波传感模块的调试时，要了解两个因素对此模块的影响，一个是引脚电平，还一个是外界的干扰。

超声波传感器测距模块，如 HC-SR04、US-116，都是在trig脚上高电平脉冲触发，默认正常情况下是低电平。驱动的时候，trig脚被设置为推挽输出，推挽输出默认是高电平，因此在配置完管脚之后需要一个拉低操作，才能保证超声波测距模块的正常运行。此外，超声波模块容易受到气流干扰，如在空调下，可能会测试不准，数值出现较大波动，因此要避免在气流干扰较大的情况下进行工作。

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垃圾称重模块的试验

垃圾称重模块的主要功能是对用户投放的回收垃圾进行称重，从而折算为积分发放到用户的个人账户，后期用于用户使用积分兑换商品。试验之前，检查称重传感器是否已经和底座固定，否则在称重时会引很大的误差，甚至会导致称重模块失效。

试验过程中，对称重模块的各个部分进行检查，并且需要采取一定的断电保护措施，防止在没电的时候造成称重数据错误，例如可以将自动校零的功能改为静止。参数调试完毕后，放入一些带有重量的物品，能够读出在误差允许范围内的重量值，即垃圾称重模块能够满足要求。

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烟雾传感器模块的试验

烟雾传感器模块的主要功能是检测智能垃圾回收箱内是否有烟雾的产生，防止发生火灾，从而起到一定的防火功能。如果箱体内有烟雾产生，智能垃圾回收箱会触发报警，并且内部会释放防火球进行自动灭火处理。首先通过烟雾传感器我们需要对所测得的烟雾数据进行 AD 转换，并设定烟雾浓度阈值；收集烟雾的浓度信息，与所设计的阈值比较看是否会触发报警。在烟雾浓度采集过程中总结出如下的换算规律：

（1）传感器量程固定，输出范围为 0V 至 5V，也可取电流值。

（2）AD 转换后得到是数字信号，也就是数据，通过函数计算可以得出电信号对应的烟雾浓度，因此可以根据实际生活中危险境界线的烟雾浓度，反过来换算得出对应电压信号的值，从而进行阀值设定。

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综合试验

在各个模块的调试完成之后，将所有的模块组合成一个整体。当各个模块调试完成之后，再将它们都通过分控盒与主控盒相连，最后接通电源。将带有二维码的卡片在回收箱上刷过，然后按下某一个箱体的按钮，该智能垃圾回收箱识别垃圾所属类型，同时安装在回收箱上的步进电机开始旋转带动丝杠移动，使智能垃圾回收箱打开相应的回收门。

当传感器检测到箱体内的人手已拿开并且人体不在靠近时，步进电机反向旋转带动丝杠使智能垃圾回收箱关闭回收门。随后智能垃圾回收箱内开始进行称重，根据回收物的类型和重量换算成积分，叠加到用户的账户上，以便后期用于商品兑换。即实现了一次精准的垃圾分类投放。

同样地，将带有烟雾的回收物按照正常顺序放入到回收箱内，观察回收箱是否会出现相应的报警和释放灭火球等相应的动作。在各个模块调试和综合调试的过程中，智能垃圾回收箱的各项功能均正常。

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箱体与后台的试

垃圾投放流程

整个智能垃圾回收系统如图 5.1 所示，主要由垃圾可回收箱、云平台两步部分组成。用户通过在智能垃圾回收箱投放可回收物，智能垃圾回收箱将用户投放数据传到云平台，云平台对用户投放数据进行管理，并兑换成积分返给居民用户。
 

设备端与后台试验

1.前端智能垃圾回收箱投放操作模拟

（1）智能垃圾回收箱连接电源后，显示界面如图 5.2 所示，并且会有语音提示

“垃圾分类，家园更美”。语音播报清晰，LCD 显示模块正常

 

（2）在用户想要使用该设备时，携带统一发放的带有二维码的垃圾回收卡片，通过设备前端的刷卡区刷二维码，以便识别用户，扫描成功后继续会有语音提示“请选择分类按钮”，扫描模块正常。

（3）用户根据投放的回收物所属的分类，选择相应的开门按钮，回收门将进入开启过程。居民选择纸张投放按钮，投放如图 5.3 所示，开关门机构正常，并伴有语音提示“垃圾分类，家园更美”。

 

（4）回收门完全打开后将等待 7 秒，并且系统内部开始进行倒计时，此时用户可投放垃圾，倒计时接近尾声时将有语音提示“回收门即将在 7 秒后关闭”，给用户足够的反应时间

（5）7秒倒计时完成后，回收门将进入关闭过程，防夹手实验如图 5.4 所示，伸手时回收门会自动打开，防夹手机构与光幕传感器模块均正常。

 

（6）回收门关闭之后，显示界面会显示投放垃圾的类型（如纸张，织物，金属，塑料）重量界面如图 5.5，并伴有语音提示“感谢分类投放，本次垃圾重量为 1.51kg”。垃圾重量数据会在 LCD 屏上显示，称重模块正常。

 

（7）投放操作结束，若垃圾过多，超声波模块能够检测出满溢状态，箱内超声波模块安装如图5.6所示。

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后端平台远程监控

后端平台的操作功能有增添设备、查询设备、解绑设备、删除设备。

（1）将终端设备添加到平台。

在“网页浏览器地址栏”输入平台地址，在“平台登录”处输入账号和密码登录进入并选择左侧“基础信息”，设备的位置信息如图 5.7 所示，GPS 定位模块正常。

点击菜单栏靠后的栏目中选择“终端设备”，然后选择设备所放置的小区（如未来科技城，未来城小区），如图 5.8 所示。选择“新增”（图 5.8 箭头所示）进入，为了完成新设备的添加，可以在以下界面输入想要添加设备的编号以及它所对应的 SIM

卡号。输入新设备的编号和卡号之后，点击“保存”按钮，即成功添加了一台新设备，如果想读取新设备的信息，可以在终端设备中查找即可。

（2）将智能垃圾回收箱与终端设备关联。

在后台选择“智能垃圾回收箱”点击进入（操作同添加设备一样），在图 5.9 选择完新增添的设备之后点击“保存”按钮，新增添的智能垃圾回收箱与终端设备关联成功。

（3）查询上面所绑定智能垃圾回收箱的投放记录。

登录后台选择想要查询的设备所放置的小区（如未来科技城，未来城小区），此时前端的智能垃圾回收箱若有用户投放垃圾，则此处会显示出有投放记录，例如有多少用户投放了垃圾，垃圾桶内已经盛放了多少垃圾，还剩余多少的空间，都可以详细的看到这些数据，具体显示如图5.10所示。

（4）将智能垃圾回收箱在平台解绑，并删除终端设备。在菜单栏中选择“智能垃圾回收箱”进入，进入之后的界面如图5.11所示。在第（1）步进入后的界面中选择想要删除的智能垃圾回收箱所对应的编号，在这个编号所在行的后面会有编辑样式的按钮，鼠标放上图标后也会显示“编辑”（红色箭头处）。

在弹出的界面中，点击终端设备后会蹦出想要删除的终端设备的编号和一行“空白区域”，点击“空白区域”后并点击该图框下方的“保存”按钮，随后会出现如图5.12 所示的界面，即成功地完成了智能垃圾回收箱在平台解绑。

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小结

本文首先详细介绍了智能垃圾回收箱设备的调试和操作说明。调试过程包括对语音播报模块、电机驱动模块、超声波传感模块、垃圾称重模块、无线数据传输模块以及烟雾传感器的全面测试。其次，对前端和后端操作进行了模拟实验，结果表明实验效果符合垃圾回收箱的功能需求。