一种基于NB—IOT的智能垃圾桶

潘鹏 胡运峰 秦金志 陈天宇 张文文

摘 要：为了满足现代城市发展的基本需要，且基于习总书记关于“绿水青山就是金山银山”一些系列重要讲话，由此提出基于NB-IOT技术的智能垃圾桶。本项目采用NB-IOT的通信方式，它属于aa低功耗广域物联网技术，具有广覆盖、低功耗、支持海量连接的特点。所以在其垃圾桶内部增添一个物联网感知系统，采用太阳能电池板供电，用单片机来控制红外传感器和气味传感器来实现功能，并用NB-IOT模块将其信息发送给环卫工人，收到信息后，由垃圾桶里的垃圾多少依次收取垃圾，提高环卫工人的工作效率。

关键词：NB-IOT；红外传感器；低功耗广域物联网；气味传感器

1 绪论

随着中国城镇化建设的高速发展，越来越多的高楼大厦正拔地而起，人们也更加重视城市的清洁卫生。在城市的街道上，各式各样的垃圾桶随处可见，这方便了过往的行人，却辛苦了环卫工人。由于垃圾桶实在是太多了，很多时候当环卫工人挨个检查遍布在大街小巷的垃圾桶时，却发现有些垃圾桶的垃圾还未过半甚至仅有极少量垃圾，而一些早就被塞满了的垃圾桶却未能得到及时清理，这就造成了一些不必要的人力物力浪费。与此同时，不正确的垃圾分类也会影响后续垃圾的处理方式，造成可回收垃圾的资源浪费。因此，研发一个更加新型、环保的垃圾桶已成为一个重要研究课题，这对于更好地服务民众具有重要的现实意义。

2 总体设计

一种基于NB-IOT的智能垃圾桶设置有：单片机[1]；气味传感器[2]与单片机电连接，单片机与窄带物联网通信模块[3]电连接；窄带物联网通信模块通过无线信号与云端服务器连接，云端服务器通过无线信号与移动终端连接；太阳能电池板通过导线与蓄电池连接，蓄电池通过导线与单片机、红外传感器、空气质量检测器、异味传感器、窄带物联网通信模块电连接。

3 具体实施

本项目基于NB-IOT的智能垃圾桶如下图所示，包括：1、单片机2、红外传感器3、空气质量检测器4、异味传感器5、窄带物联网通信模块[4]6、太阳能电池板7、云端服務器8、移动终端9、垃圾箱顶盖10、顶盖的支撑柱11、垃圾箱。

太阳能电池板通过螺栓固定在垃圾箱顶盖，垃圾箱顶盖与顶盖的支撑柱焊接固定，顶盖的支撑柱与垃圾箱焊接固定。垃圾箱顶盖通过螺栓固定有红外传感器、单片机、窄带物联网通信模块。空气质量检测器、异味传感器与单片机电连接，单片机与窄带物联网通信模块电连接，窄带物联网通信模块通过无线信号与云端服务器连接，云端服务器通过无线信号与移动终端连接。太阳能电池板通过导线与蓄电池连接，蓄电池通过导线与单片机、红外传感器、空气质量检测器、异味传感器、窄带物联网通信模块电连接。

作为优选实施例，红外传感器采用 HC-SR501，空气质量检测器采用TGS2600，异味传感器[5]采用QS-01，窄带物联网通信模块采用NB-IOT/GSM通讯模块；窄带物联网通信模块是基于华为Boudica芯片的系列NB-IoT模块WH-NB71（高性能、低功耗的NB-IoT通讯模组WH-NB71。[4]产品支持B1/B3/B5/B8/B20频段，超小尺寸封装，全网通、全球范围通用；支持CoAP透传功能，支持TCP/UDP；可接入透传云、电信云等云平台，方便用户设备更好传输。

4 项目优点

传统的垃圾桶需要环卫工人一个一个的检查是否装满，是否需要清理，而且在进行垃圾回收时，还需要人工查看垃圾桶内的垃圾种类，大大地增加了环卫工人的工作负担，当人的手或物体接近投物口15cm时，垃圾桶自动开盖，功能实现单一，并且开关盖这一功能机械损耗程度很高，所以并不适实用。此项目在其缺点上进行改进：直接采用投物口未关闭的垃圾箱，减少垃圾箱的机械损耗，并且增加了一个垃圾检测分类的物联网感知系统，比如检测垃圾是否装满，垃圾的气味检测等，对垃圾桶的后续开发奠定了很好的基础。同时本项目具有模式创新和科技创新，可以很好的改变现有城市环卫工作方式并为未来城市规划、领导决策提供大数据支撑。

参考文献：

[1]李广弟.单片机基础.北京：北京航航空大学出版社，2001.

[2]赵负图.传感器集成电路手册，第一版.化学工业出版社，2004.

[3]赵艳薇.3GPP通过NB-IoT标准物联网行业蓄势待发[J].通信世界，2016（17）：67.

[4]纪伟.NB-IOT 的发展现状及运营商发展策略[J].通讯世界，2016（21）：71-72.

[5]边翠华，孙以材，潘国锋.一种新型气敏传感器测量装置.研究与开发，2009，04：14-17.

基金项目：重庆科技学院国家级大学生科技创新项目（编号：201811551004）

作者简介：第一作者潘鹏，第二作者胡运峰、秦金志、陈天宇、张文文。