基于Wi-Fi的小区分类垃圾桶的设计

◆杨叶梅 李 敏

（福建师范大学协和学院 福建 350117）

传统的小区垃圾桶基本上都是属于混放，不管是什么垃圾都直接扔进去。这种垃圾处理方式，既不环保，又增加了后期人工分类的成本[1]。现在国家越来越重视环保，提倡垃圾分类，可以提高资源价值和经济价值。垃圾分类要从小做起，很多城市都是从小区开始进行科学管理，推动大家习惯的养成以及推广垃圾分类知识。目前小区存在的分类垃圾桶，基本是靠业主的自觉性和环保意识，还不够智能[2]。本次设计一款基于二维码的分类垃圾桶，可以实现扫描对应垃圾类别二维码，扫描分类识别正确才会开启垃圾桶，以此提高垃圾分类的效率，提高大家的环保意识。

1 系统方案设计

分类垃圾一般有4类，分别是可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾、其他垃圾。每个垃圾桶的设计结构是类似的，硬件结构相同，都是采用STM32F103Z单片机控制垃圾桶的开启、检测垃圾桶是否装满、识别对应垃圾的二维码信息等[3]。小区的每户人家都有4中印有不同二维码信息的垃圾袋，在家完成对垃圾的分类，然后到对应垃圾桶扫描垃圾袋上二维码信息，扫描成功垃圾桶就会打开，完成垃圾的投放。小区业主也可以使用APP，先注册自己的信息，然后在扔垃圾的时候，选择垃圾的分类，系统会自动生成对应的二维码信息，经过扫描后就可以开启垃圾桶了。图1是小区分类垃圾桶的整体设计图。

2 硬件设计

分类垃圾桶的硬件部分主要分为几个模块，分别是主控模块、二维码扫描模块、超声波模块、舵机模块、短信模块和WIFI模块。

2.1 主控模块

主控模块的核心芯片是STM32F103，管脚共144个[4]，资源丰富，足够本系统使用。

2.2 二维码扫描模块

二维码扫描器是北京微光互联公司的产品，型号是TX400，可兼容多个系统，并配备多种二次开发的接口。采用二维码扫描器的目的主要是扫描垃圾的分类信息所对应的二维码，二维码无误，则会开启垃圾桶。

图1 小区分类垃圾桶的整体框图

2.3 超声波模块

超声波传感放置在垃圾桶盖上的内侧，主要检测垃圾桶是否已装满。超声波发射头会发出一批脉冲，传送到空气中，发送时启动定时。发射波如果碰到垃圾，则声波会被发射回去，接收端接收到信号后停止计时，计算垃圾到桶盖的距离，判断是否垃圾桶已经装满。

2.4 短信模块

短信模块采用SIM800C_mini，其内部使用的是GSM/GPRS四频模块。可实现电话语音、SMS、GPRS数据传输、语音播报和蓝牙等功能。该模块在本系统中主要完成短信发送的功能，告知管理员哪个垃圾桶已满的信息。

2.5 舵机模块

舵机模块使用的是数字舵机[5]，型号为SG90，转动的角度是90-180度，反应的速度很快，达到0.11秒/60度。该系统在使用时利用TIM3来输出PWM波形，控制其扭转的角度，控制PB5（连接舵机Servo口）开启和关闭桶盖。

2.6 WIFI模块

使用ESP8266-12S型号的WIFI模块完成网络连接，使用的是STA+AP模式。与客户端的APP进行TCP/IP协议通信后，可以控制生成的分类垃圾的二维码，经扫描开启垃圾桶。

3 系统软件设计

3.1 客户端APP设计

业主客户端使用JAVA语言编程，对应的开发工具是Hbuilder、Myeclipse等。模块ESP8266通过串口和STM32连接，通过TCP/IP协议和手机终端进行数据传输。小区业主客户端Wi-Fi联网后，完成业主注册信息或登录APP，根据自己的垃圾选择分类，点击“生成二维码”就会获得二维码，到对应垃圾桶的扫描器扫描即可扔垃圾。

3.2 控制器程序设计

垃圾桶的控制程序设计采用基于stm32的C语言完成，在Keil uVision5中完成编译。主要实现对垃圾分类二维码信息的扫描，扫描正确后开启垃圾桶的桶盖。当传感器检测到垃圾桶即将满了，会发送短信通知小区管理员[6]。并通过WIFI模块和APP进行通信。图2是垃圾桶控制端的控制流程图。

4 功能调试

（1）APP首页功能

业主首先经过物业中心授权后，输入业主的信息后就可以在APP上注册，后期登录后就可以对垃圾桶进行控制。图3是用户注册信息界面。

图2 垃圾桶的控制流程图

图3 业主APP注册功能图

（2）二维码生成功能

登录系统后，业主根据自己的垃圾进行分类的选择，点击生成二维码，则会生成所选垃圾对应的分类二维码信息。通过扫描二维码，就会开启对应垃圾桶的桶盖。图4是垃圾分类选择界面和对应二维码的生成。

图4 分类垃圾二维码码生成界面图

（2）短信功能

小区垃圾桶如果检测到满了，就会发送短信给小区管理者，否则垃圾溢出，造成环境污染和恶臭等。下图5是其中编号为A的垃圾桶装满了，成功发送短信的界面。

图5 短信发送界面

5 结论

该系统能够准确扫描对应二维码信息，开启桶盖，在垃圾桶装满的时候，实现短信告知管理员。相比于之前传统的垃圾桶的设计，使用APP操作，结合了便捷的二维码，对分类垃圾桶实现了更加智能的控制。