有偿智能分类回收箱设计

陈媛媛 陈丹可 王倩倩

【摘 要】该文章主要介绍根据回收装置的功能把系统分为不同的功能模块；再根据实际功能设计了PCB电路板，依据每个子系统的不同功能扩展了相应的外部功能模块，最后搭建了基于μC/OS-11的智能回收软件平台，完成对FATFS文件操作的移植，并通过无线自组织网络传输到网络平台。硬件和软件完成后对整个系统进行测试，最终实现智能分类回收箱的功能。

【关键词】智能回收箱；垃圾分类；μC/OS-11

一、概述

伴随我国经济的不断腾飞和社会的快速发展，日渐增长的生活垃圾和环境污染逐渐成为社会的突出矛盾，尽管我国政府一直强调绿色生态环境的重要性，但是由于生活垃圾难以形成规范的管理制度以及市民对环保意识的欠缺，导致生活中的可回收垃圾回收率很低。从资源浪费方面来看，可回收利用的垃圾的丢失是宝贵资源的丢失；从环境保护的角度来看，可回收利用垃圾的丢失是造成环境二次污染的重要原因。本作品主要设计一种针对生活中垃圾（如瓶状垃圾、纸质垃圾等等）有偿回收的装置。首先根据国内垃圾回收方式提出了数字化可回收管理模式；参考国内现有的回收装置精心设计智能回收箱的外观；详细的描述智能饮料瓶回收箱的工作过程，然后在硬件上提出了一种基于CAN总线设计的思想，并详细的描述系统的总体硬件电路设计。

二、有偿智能分类回收箱系统的构成

有偿智能分类回收箱主要由八个部分组成，如图一所示，主控制系统，传感识别系统，屏幕显示系统，太阳能充电系统，机械手臂系统，奖励回报系统，溢满报警系统，分拣机构系统。

三、有偿智能分类回收箱系统的设计

1.主控制系统

主控系统采用C/OS-II 操作系统，作用是控制与其他各系统之间的工作。主控系统处理器采用基于 ARM 的 STM32处理器， STM32F103VET6属于Cortex-M3 内核 32 位处理器，它拥有丰富的资源，性能配置非常高。512KB FLASH、2 个基本定时器、4 个通用定时器、2 个高级定时器、3 个 SPI、2 个 IIC 、5 个串口、1 个 USB、1 个 CAN、3 个 12 位 ADC、1 个 12 位 DAC、1 个 SDIO 接口、1 个FSMC 接口以及 112 个通用 IO 口。该STM32F103VET6 自带外部总线（FSMC），FSMC ，可以用来外部扩展 SRAM 和连接 LCD 等。

2.传感器识别系统

采用不同的传感器（例如红外传感器、光敏传感器等）对投放者投入的物品进行识别，以大小，质量等因素为根据对投放者给予相应的奖励。此次设计是金属传感器和一个继电器相连，当金属接近金属传感器前方探头时， 其内部的常开开关闭合， 使继电器通电， 其继电器常开开关闭合形成回路， 向STM32发送一个低电平信号。经过STM32处理， STM32端口发出一个低电平信号。该端口连接一个发光二极管的负极， 其正极与电源相连构成回路。当低电平信号发出后， 发光二极管被点亮， 指示此物体为金属。同样的，在使用两对红外对管来确定垃圾是否为塑料瓶罐。工作时与一个继电器相连， 当红外对管的对射被物品遮挡时， 红外对管接收端内部的常开开关闭合， 使继电器通电， 其继电器常开开关闭合。当STM32接收到低电平信号后， 经过STM32处理， STM32端口发出一个低电平信号。该端口连接一个发光二极管。当该端口发出一个低电平信号后， 发光二极管被点亮， 指示此物体为塑料瓶罐。

3.屏幕显示系统

采用LED液晶显示屏对系统的不同工作状态进行显示。在参与者进行投放之前，显示该系统的操作流程，让参与者对此系统的使用有一个了解；在参与者投放之时，分步显示操作过程，对参与者起到一个指引的作用，同时显示投放者投放物品的类型以及相应奖励即通过计算机控制将垃圾属性，回报金额等显示出来。在该回收箱空闲时，可以播放公益广告来起到一个营造良好社会风气的作用，或者也可以显示播放相应广告商的宣传广告（对社会有积极作用的广告），以达到额外的经济创收。

4.机械手臂系统

机械手臂是机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，它们能够接受指令，精确地定位到三维（或二维）空间上的某一点进行作业。该系统利用机械手臂实现对投放物的按压与推送，使符合标准的可回收垃圾进入回收箱。

5.奖励回报系统

在投放者顺利完成垃圾投放之后投放者可通过刷校园一卡通累积积分、随机红包等形式得到相应的奖励。

6.溢满报警系统

利用红外传感器技术，即红外线传播时不发散的原理，红外线在穿越其他物质时折射率很小所以长距离的测距仪都会参考红外线，而红外线的传播是需要时间的，通过红外线从发出到接收的时间以及传播速度计算距离，从而时刻监控该垃圾箱系统的的垃圾存量，当箱子满了之后，信息立刻传输至工作人员电脑，并暂停工作，以便工作人员实时处理。

7.分拣机构系统

基于STM32单片机设计的垃圾筛检系统。它采用RFID智能识别模块准确读取电子标签上的信息进而正确地识别货物的基础信息。

比如判断饮料瓶的形状以及重量，根据采集系统的判断，如果符合回收标准则进入回收箱，不符合回收标准则被吐出回收箱。

8.太陽能充电系统

太阳能光伏发电是利用半导体、太阳电池（又称光伏电池）的光生伏打效应，是一种零排放的清洁能源。太阳能光伏发电是太阳能利用的重要形式，是最具有开发前景的发电技术之一。自主供电系统主要由单晶硅太阳能板、数显控制器及硅能蓄电池组成。其中太阳能板选择PV-M30， 工作电压为18V， 输出电流1.67A， 光电转换效率16%， 输出功率为50W。数显控制器选择GHGN-KZQ-01K， 其作用是智能控制太阳能和蓄电池与负载的关系， 保护电瓶防止过充过放， 进行短路保护等。蓄电池选择GHGN-12V20AH， 可用寿命最长达到5年， 电压为12V， 容量为20Ah， 可以满足整个系统的直流电需求。当阳光充足时， 太阳能板通过控制器给蓄电池充电， 同时蓄电池工作， 为系统的各个环节供电。若在夜间或者太阳光较弱的环境下， 则由蓄电池直接使用白天存储的电能进行供电。

四、结束语

本文所论述的内容主要是从有偿智能分类回收箱的结构设计和智能分类两方面来讨论的，在经济的快速发展下必然会引起生活垃圾的多样化，因此有偿智能分类回收箱的设计必然能减少环境的污染，改善城市环境。

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