全自动垃圾桶设计浅谈

郑晓义+邱野

摘 要：全自动垃圾桶具有如下几种功能：自动开合、检测分类、压缩存储、垃圾袋封口、垃圾推送和换袋步骤的全自动操作。样机由检测模块、分类模块、压缩模块、封口推送模块以及自动换袋模块组成，采用剪式机构、收口机构、皮带传动机构等机械结构，融合了红外感应传感器、金属传感器等传感器信号，采用典型STC89C51芯片控制，将各传感器所收集到的信号处理分析，控制各个步进电机带动相应机构运动，实现垃圾桶自动开合、检测分类、压缩储存、封口推送、自动换袋等功能。

关键词：全自动垃圾桶；模块实现

1 前言

随着经济的发展，人类生活水平的提高，各式各样的垃圾在增多，对环境影响越来越严重，人类的日常生活和健康受到越来越大的困扰，传统的垃圾收集方式已不能满足现实生活的要求。雨天，无盖垃圾桶无法实现防雨，导致垃圾难处理，若采用有盖垃圾桶，人们又不愿去开盖丢垃圾；夏天，垃圾没有及时打包处理，异味漫天，影响人类的生活质量。另外，对于传统的垃圾处理，大多是环卫工人进行打包、换袋处理，既不卫生也不健康。当下的一些垃圾桶只能实现半自动或部分自动化处理，需要人工的干预，没有实现真正意义上的全自动化功能。据此，本文提出一种能够实现自动开合、检测分类、压缩储存、封口推送、自动换袋等功能的垃圾桶。

2 总体方案

实现功能：当有人靠近垃圾桶丢垃圾时，红外传感器感应实现自动开合；垃圾入桶后金属传感器检测是否为金属垃圾，实现金属和其他垃圾的分类；垃圾进入垃圾袋后，进行压缩，减小占空比；当检测到垃圾袋已装满时，实现自动封袋，并将封袋的垃圾自动推送，换上新的垃圾袋。

3 各模块实现

该全自动垃圾桶的实现，需要通过程序的编写控制硬件电路借助于机械结构实现

3.1 机械结构

样机的机械结构相对于基本外部框架，其实现开合、分类、压缩、收口推送、自动换袋等功能的结构更为重要。样机开合机构选择皮带传动机构，通过红外传感器检测是否有人会靠近，将此信号送给电机实现电机启动旋转，进而将电机旋转运动转化为桶盖的开合运动。垃圾检测分类的重点在于垃圾的检测，金属传感器的检测信号作为分类机构的动力，其分类机构通过挡板旋转即可实现；样机压缩机构综合安装位置、压缩效果、机构复杂程度等因素，选用剪式机构来实现垃圾桶内的压缩功能；收口采用收口机构实现，推送功能由电动机传送；自动换袋用电机带动卷纸筒，将新垃圾袋运送到中间位置。

3.2 控制部分硬件电路设计

样机采用典型STC89C51 型单片机，将红外感应传感器和金属传感器所获取的数据处理分析，控制电机运转，带动皮带传动机构实现垃圾桶自动开合、挡板旋转检测分类、压缩机压缩存储等主要功能。收口机构、推送以及自动换袋功能的实现均是由单片机产生信号实现控制。

3.3 软件程序设计

本设计在Keil 环境中采用C 语言编程，借助于单片机的中断，串并口，设计软件程序来实现红外感应、金属探测、电机驱动调速等相应功能。

4 实现过程可能存在的問题

该方案在实现的过程中，会有一些问题的存在，例如雨天时如何防雨，红外检测如何解决，自动换袋时，如何成功把垃圾袋打开并放到合适位置等。

4.1 雨天如何防雨

我们可以采用在垃圾桶侧面开门的方式有效实现防雨，另外垃圾桶的材料可以使用防雨材料。

4.2 红外检测如何实现

4.2.1人体感应开关

人体感应类开关又叫热释人体感应开关或红外智能开关。它是基于红外线技术的自动控制产品，当人进入感应范围时，专用传感器探测到人体红外光谱的变化，自动接通负载，人不离开感应范围，将持续接通；人离开后或在感应区域内长时间无动作，延时自动关闭负载。人体红外感应开关的主要器件为人体热释电红外传感器，人体体温一般在36--37度，会发出特定波长的红外线，被动式红外探头就是探测人体发射的红外线而进行工作的。人体发射的9.5um红外线通过菲涅尔镜片增强聚集到红外感应源上，红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能触发开关动作。

4.2.2接近开关

接近开关是一种无需与运动部件进行机械直接接触而可以操作的位置开关，当物体接近开关的感应面到动作距离时，不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作，从而驱动直流电器或给计算机（plc）装置提供控制指令。接近开关是种开关型传感器（即无触点开关），它既有行程开关、微动开关的特性，同时具有传感性能，动作可靠，性能稳定，频率响应快，应用寿命长，抗干扰能力强，并具有防水、防震、耐腐蚀等特点。产品有电感式、电容式、霍尔式、交、直流型，广泛地应用于机床、冶金、化工、轻纺和印刷等行业，在自动控制系统中可作为限位、计数、定位控制和自动保护环节等。

5 总结

全自动垃圾桶采用多种传感器检测相应的控制信号，配合51单片机实现了桶盖开闭、垃圾压缩、垃圾袋封口、垃圾推送和换袋操作的全自动化作业，实现了垃圾桶的真正的全自动智能化，与普通垃圾桶相比，避免了工作人员与垃圾的直接接触，更加卫生；工作人员只需隔一段时间安放垃圾袋卷并提走打包好的垃圾袋，省时省力。

参考文献

[1]沈红卫 基于单片机的智能系统设计与实现 电子工业出版社 2005

[2]蒋伍 智能垃圾收集箱设计 科技风 2016