賴興茂　雷芳

摘要：本研究設(shè)計(jì)的產(chǎn)品地埋式多功能垃圾箱主要由硬件系統(tǒng)組成，包括框架、紅外傳感器、光強(qiáng)傳感器、光電傳感器、單片電腦、步進(jìn)電機(jī)、照明系統(tǒng)和景觀顯示面板等，通過外部傳感器收集相關(guān)數(shù)據(jù)，光強(qiáng)傳感器和光電傳感器，單片機(jī)控制關(guān)閉垃圾分送門，滿負(fù)荷報(bào)警收集箱，燈光屏幕和景觀燈面板分別開和關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)可靠性高，成本低，使用方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為城市垃圾智能化處理提供了一定的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：地埋式多功能垃圾箱;STC89C52RC單片機(jī);綠色環(huán)保

近年來，隨著生態(tài)城建設(shè)的普及，城市生活垃圾處理已經(jīng)成為一個(gè)難題。為了使收集過程更加有效和人性化，滿足建設(shè)文明生態(tài)城的需要，科學(xué)、環(huán)保、智能垃圾桶的設(shè)計(jì)成為一個(gè)值得深入研究的課題，本次課題擬設(shè)計(jì)一個(gè)智能、方便、美觀的地埋式多功能垃圾箱。

1 總體設(shè)計(jì)

本研究設(shè)計(jì)的產(chǎn)品地埋式多功能垃圾箱主要由硬件系統(tǒng)組成，包括框架、紅外傳感器、光強(qiáng)傳感器、光電傳感器、單片電腦、步進(jìn)電機(jī)、照明系統(tǒng)和景觀顯示面板等。通過外部傳感器收集相關(guān)數(shù)據(jù)，光強(qiáng)傳感器和光電傳感器，單片機(jī)控制關(guān)閉垃圾分送門，滿負(fù)荷報(bào)警收集箱，燈光屏幕和景觀燈面板分別開和關(guān)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的地埋式自動(dòng)化垃圾箱主要能實(shí)現(xiàn)四大功能：①掃碼開蓋;②太陽(yáng)能板給系統(tǒng)供電;③當(dāng)外界亮度下降到閾值，打開LED燈模塊給周圍進(jìn)行照明;④垃圾箱滿載報(bào)警。為實(shí)現(xiàn)上述功能，用STC89C52RC單片機(jī)作為主控芯片，配合光伏發(fā)電模塊、充電電池模塊、傳感器檢測(cè)模塊、控制投放口開合的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、LED照明系統(tǒng)等。系統(tǒng)框架圖如圖1。

2.1單片機(jī)

主控芯片采用STC89C52RC單片機(jī)，是新一代高速、低功耗，強(qiáng)抗干擾的單機(jī)芯片，指令代碼兼容8051單片機(jī)，可以選擇12時(shí)鐘機(jī)器周期和6時(shí)鐘機(jī)器周期，工作電壓5.5V～3.3V，工作頻率0～40MHz，片上集成512KB RAM，用戶應(yīng)用程序空間為8K，32個(gè)通用I/O，復(fù)位后P1、P2、P3、P4是準(zhǔn)雙向口，PO是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展時(shí)用，不用加上拉電阻，作為I/O時(shí)要加上拉電阻，無需專用編程器，無需專用仿真器，通過串口直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成，具有EEPROM、看門狗功能，共有3個(gè)16位定時(shí)器。

2.2光伏發(fā)電及電供電池模塊

光伏發(fā)電模塊采用太陽(yáng)能單晶硅18v30w面板，尺寸520×400×25 mm，重量2.5公斤，轉(zhuǎn)換高達(dá)18%，衰減緩慢，使用壽命25年。太陽(yáng)能控制器使用的是12V / 24v10a光伏電源控制器，規(guī)格尺寸為128×72×33 mm。能量?jī)?chǔ)存電池使用12v20ah鉛電池和硅光伏電池。25℃的平均充電電壓是14、4～15、0v和應(yīng)用是溫度- 40℃～ + 70℃。充電需要6到12個(gè)小時(shí)。當(dāng)電池充滿電時(shí)，單電池可以在48小時(shí)內(nèi)提供5W的燈泡。

2.3滿載報(bào)警

在每個(gè)垃圾桶的底部，配備一個(gè)重量傳感器來檢測(cè)垃圾桶里的垃圾量。當(dāng)發(fā)現(xiàn)垃圾桶已滿時(shí)，重量傳感器將立即通過STC89C52RC單片機(jī)的串口接口向清潔工提供信息。收到反饋后，保潔人員通過紅外遙控器按下按鈕，將地埋箱從地面緩慢提起，將垃圾箱拉出推至清掃車上，完成傾倒和壓縮過程。為達(dá)到多用途埋地垃圾的完全防水效果，在底座底部和垃圾周圍涂上防水材料，杜絕垃圾造成的二次污染。此外，居民將垃圾扔進(jìn)回收站后，垃圾袋會(huì)直接落入地下。在環(huán)衛(wèi)運(yùn)輸過程中，工作人員只需操作遙控升降機(jī)將地下的垃圾提升到地面。

2.4 LED照明模塊

LED照明模塊主要運(yùn)用了光強(qiáng)傳感器。用于檢測(cè)外部環(huán)境的光強(qiáng)，在白天光線不足的情況下，光強(qiáng)傳感器會(huì)將信號(hào)傳送到主控制芯片，以控制更多的LED燈亮起。當(dāng)光線充足時(shí)，LED燈和面板顯示的景觀被控制和關(guān)閉。光強(qiáng)傳感器用來檢測(cè)周圍環(huán)境的光強(qiáng)，可以啟動(dòng)一個(gè)單獨(dú)的電腦芯片或轉(zhuǎn)換模塊。當(dāng)傳感器周圍的亮度沒有達(dá)到設(shè)定的閾值時(shí)，連接器就會(huì)發(fā)出高信號(hào)。當(dāng)周圍的光線超過閾值時(shí)，終端就會(huì)發(fā)出低電平信號(hào)。終端連接到單片機(jī)上，通過高電平和低電平檢測(cè)光強(qiáng)。因?yàn)榻K端也可以直接控制繼電器，從而產(chǎn)生光學(xué)控制開關(guān)。傳感器配有可調(diào)的壓力傳感器，以調(diào)節(jié)檢測(cè)到的光強(qiáng)。電流超過15毫安，工作電壓為3.5伏。

2.5執(zhí)行電機(jī)

變速箱電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)，直徑為28厘米，工作電壓為12v，步進(jìn)角為5.625×1/64，減速比為1/64，采用uln2003驅(qū)動(dòng)，也可以接成2相使用。

3 系統(tǒng)總體程序設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能電池板用陽(yáng)光給電池充電，電池為所有的電器供電。當(dāng)垃圾堆放箱內(nèi)的垃圾堆放重量達(dá)到預(yù)設(shè)重量時(shí)，外接傳感器將信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上，控制報(bào)警燈，禁止打開垃圾堆放門。當(dāng)光強(qiáng)傳感器檢測(cè)到周圍環(huán)境的光強(qiáng)低于閾值時(shí)，單芯片電腦將會(huì)控制LED燈。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)通過STC89C52RC單片機(jī)的程序控制，能夠更好的操作控制地埋式垃圾箱，實(shí)現(xiàn)多功能化。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：2021年度大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)省級(jí)項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱為地埋式多功能垃圾箱，項(xiàng)目編號(hào)為S202113257004