唐媛　趙海嘯　李菊芳　汪鑫

摘要：本文基于HT66F70A單片機(jī)設(shè)計(jì)了一款多功能智能垃圾桶。該垃圾桶利用太陽能供電實(shí)現(xiàn)自動翻蓋、桶內(nèi)剩余空間檢測、測重以及報(bào)警等功能。與傳統(tǒng)的垃圾桶相比，該垃圾桶具有更加高效的清潔能力，給人們提供一個(gè)干凈舒適的公共環(huán)境，可廣泛應(yīng)用于城市街道、社區(qū)公園等場所，具有很大的市場前景。

關(guān)鍵詞：HT66F70A；智能垃圾桶；自動翻蓋；滿箱檢測

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1009-3044（2018）19-0268-02

隨著我國人口的急劇增加以及城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市垃圾日益增多。尤其是在黃金周期間，各大熱門旅游景區(qū)由于人流量過大，且清潔人員垃圾處理不及時(shí)，導(dǎo)致垃圾堆積成山，惡臭氣味外泄，細(xì)菌擴(kuò)散傳播等現(xiàn)象[1]。因此，如何避免“垃圾劫”是各大旅游景點(diǎn)亟待解決的問題。

基于此，本文設(shè)計(jì)了一款多功能智能垃圾桶。利用HT66F70A單片機(jī)為主控芯片，控制垃圾桶自動開關(guān)蓋以防止垃圾桶內(nèi)惡臭氣味的外泄。垃圾桶上的LCD液晶顯示屏可實(shí)時(shí)顯示桶內(nèi)垃圾容量、時(shí)間以及天氣狀況等信息。當(dāng)桶內(nèi)垃圾裝滿時(shí)，通過聲光報(bào)警裝置給清潔人員提示，避免出現(xiàn)垃圾成山的現(xiàn)象。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

該多功能智能垃圾桶由HT66F70A單片機(jī)最小系統(tǒng)、HC-SR04超聲波測距模塊、紅外探測模塊、智能顯示模塊、重力感應(yīng)模塊以及聲光報(bào)警模塊構(gòu)成。系統(tǒng)原理框圖，如圖1所示。

HT66F70A是Hotlek公司推出的一款內(nèi)置E2PROM增強(qiáng)A/D型具有8位高性能精簡指令集的Flash單片機(jī)。該單片機(jī)具有成本經(jīng)濟(jì)，體積小巧輕便，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，適合諸多嵌入式控制領(lǐng)域的研究與應(yīng)用。電源模塊采用太陽能和蓄電池結(jié)合供電，當(dāng)蓄電池電量不足時(shí)，太陽能供電模塊自動為蓄電池充電。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 智能開啟系統(tǒng)

智能開啟功能利用紅外傳感器和步進(jìn)電動機(jī)聯(lián)合工作完成[2]，多功能智能垃圾桶硬件結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

在垃圾桶的正面以及側(cè)面安裝紅外傳感器。當(dāng)人/物靠近垃圾箱范圍30 cm以內(nèi)時(shí)，紅外探測器將檢測到的信號發(fā)送給主控芯片HT66F70A，以控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動，從而帶動桶蓋的自動打開。當(dāng)人離開紅外感應(yīng)區(qū)5s后，垃圾桶蓋自動關(guān)閉。在沒有感應(yīng)的時(shí)間內(nèi)，垃圾箱一直處于關(guān)閉狀態(tài)，以防止桶內(nèi)垃圾臭味的散發(fā)，并可隔離細(xì)菌的傳播。

2.2 箱滿檢測系統(tǒng)

桶內(nèi)垃圾容量的判斷通過垃圾重量和桶內(nèi)剩余空間兩個(gè)指標(biāo)來衡量。

2.2.1 重力測量模塊

桶內(nèi)垃圾的重量由電阻應(yīng)變式稱重傳感器測量實(shí)現(xiàn)[3]，其測量原理，如圖3所示。首先，被測的垃圾重量P通過金屬彈性敏感元件轉(zhuǎn)換為金屬彈性體的應(yīng)變值ε；隨后，應(yīng)變值ε被電阻應(yīng)變片同步地轉(zhuǎn)換為電阻值變化?R。最后，通過橋式電路將電阻的變化?R轉(zhuǎn)換為電壓變化V。

當(dāng)傳感器不受載荷時(shí)，彈性敏感元件不產(chǎn)生應(yīng)變，粘貼在其上的應(yīng)變片不發(fā)生變形，阻值不變，電橋平衡，輸出電壓為零；當(dāng)傳感器受力時(shí)，即彈性敏感元件受載荷P，應(yīng)變片就會發(fā)生變形，相應(yīng)地阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，有輸出電壓。因重量產(chǎn)生的電壓信號V經(jīng)24位A/D轉(zhuǎn)換器HX711進(jìn)行模數(shù)變換后，送到單片機(jī)控制端。

2.2.2 超聲波測距模塊

桶內(nèi)剩余空間可通過超聲波測距計(jì)算得到[4]。超聲波測距是一種檢測迅速、方便、計(jì)算簡單的非接觸式檢測技術(shù)，不受光線、顏色等因素影響，即使惡劣的環(huán)境（如含粉塵）也有一定的適應(yīng)能力。因此，采用超微型HC-SR04超聲波測距傳感器對垃圾桶內(nèi)的剩余空間進(jìn)行測量。其測量原理，如圖4所示。

HC-SR04提供一個(gè)10us以上的脈沖信號，超聲波發(fā)射器T即可發(fā)出8個(gè)40kHz的超聲波信號，超聲波遇到桶內(nèi)垃圾反射回來被超聲波接收器R接收。根據(jù)發(fā)送與接收到超聲波的時(shí)間差，即可計(jì)算出桶內(nèi)剩余空間，并在液晶屏上顯示。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件可分為主程序和各模塊子程序。最重要的模塊子程序就是對垃圾滿箱和自動翻蓋的控制。其軟件流程圖，如圖5所示。對于垃圾滿箱檢測時(shí)，不管是桶內(nèi)剩余空間小于設(shè)定值，還是桶內(nèi)垃圾超過設(shè)定重量，垃圾桶蓋都會自動鎖住，并通過聲光報(bào)警裝置提醒清潔人員及時(shí)清理。而在紅外檢測時(shí)，為了防止有人經(jīng)過導(dǎo)致的誤操作，設(shè)置2s的延時(shí)功能。

4 結(jié)束語

本文介紹了一種基于HT66F70A單片機(jī)的多功能智能垃圾桶設(shè)計(jì)方法。該垃圾桶采用太陽能供電，可以實(shí)現(xiàn)自動翻蓋、滿箱報(bào)警的功能。此外，LCD顯示屏起到顯示垃圾桶剩余容量、時(shí)間、天氣和夜晚提示垃圾桶位置等功能。此款垃圾桶的設(shè)計(jì)大大提高了清潔人員的工作效率，節(jié)省了一定的人力、物力和財(cái)力，為保證城市環(huán)境安全衛(wèi)生提供了一大幫手。

參考文獻(xiàn)：

[1] 仲召紅.文明旅游，綠色生活——關(guān)于景區(qū)旅游與環(huán)保問題的調(diào)查研究[J].旅游縱覽，2018（3）：187-188.

[2] 辛政華，路紅梅，胡良益，張家喜.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能垃圾桶系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].儀器儀表用戶，2011，18（6）：37-39.

[3] 朱松林，崔忠偉，帥莽莽，盛升.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的垃圾桶智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2015，5（12）：53-55.

[4] 崔明珠， 董玉華， 陳冰.景區(qū)智能垃圾桶的設(shè)計(jì)[J]. 智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用， 2016， 6（6）：124-126.