智能垃圾桶

提出了一种新型智能垃圾桶的设计方案。采用基于单片机的智能化红外感应控制系统、 无线通信系统，实现自动开关桶盖并调节开盖角度、遥控垃圾桶走动、智能封袋的功能。与 传统智能垃圾桶相比较，功能性更强，智能化程度更高。 关键词：垃圾桶；红外感应；无线数据通信 对于“智能垃圾桶”这个名词，相信大家已不陌生，现在市场上已出现一种技术成熟的 智能垃圾桶产品。它能够在人的手或物体接近投物口约 15cm 时，垃圾桶自动开盖，等垃圾 投入完毕，垃圾桶桶盖又自动关闭。虽然该产品已不需用手直接接触垃圾桶桶盖，但要真正 使垃圾桶实现智能化，这还只能算是第一步。由于这种垃圾桶的功能还比较单一，并且直接 开关盖这一功能机械耗损程度较高，所以还有许多需要改进的地方。现在，许多发达国家如 美国、英国都致力于研究新型智能型垃圾桶，使垃圾桶具有多项智能型功能。本文提出了一 种实用型智能垃圾桶的方案，这种垃圾桶能够调节开盖的角度，控制垃圾桶走近消费者、遥 控封袋，从功能方面更侧重于在生活细节上为消费者带来便利，卫生、环保、健康。 1 新型智能垃圾桶的系统组成及功能 新型智能垃圾桶的系统结构如图 1 所示 图 1 新型智能垃圾桶的系统结构图 该系统运用了两种相互独立的通信方式： 无线通信和红外。 遥控器端的发射器和垃圾桶端的 接收器经过对电磁波的调制解调过程完成信息的传输， 达到对机械设备的控制功能。 当人体 接近垃圾桶时，红外发射、接收器则通过

对红外光波的调制解调过程，完成信息的传输，达 到控制的目的。 传统的垃圾桶通过红外感应装置实现了自动感应开盖的功能，但考虑到主妇在厨房做事时， 会时常走动。 若平凡出入垃圾桶检测有效范围就会导致垃圾桶时开时闭， 机械的磨损程度显 然就会增大，造成垃圾桶故障率的提高或使用寿命的缩短。这里，外设一个遥控器，通过无 线通信子系统向桶内的接收器传达信号，使垃圾桶的翻盖如同家用空调般在一个角度固定， 就可解决以上问题。同时，遥控器的应用还实现了控制垃圾桶移动到用户面前，自动开盖， 垃圾装满时自动封袋等一系列动作。 2 智能垃圾筒的硬件结构及工作原理 2.1 遥控器 遥控器的结构如图 2 所示。 图 2 遥控器结构图 无线发射模块 TX5000，是 RFM 公司的短距离高频无线发射专用芯片，其无线发射频率是 433.92MHz，符合智能垃圾桶的无线通信要求。 键盘把带有特定功能的指令数据输出，通过扫描电路识别输出到通信控制器上；系统采用 Philips 公司的 P89C51RA2 单片机作为通信控制器，它的主要作用是获取扫描电路得到的键 盘指令数据，并按照一定的通信格式进行编码，然后通过串口发送到发射模块 TX5000 上， 最后通过发射天线输出。方案中单片机处理后的信息通过串口通信来输出，通信采用 57600bit／s 的串口传输率；通信模块 TX5000 工作于 ASK 调制方式上， 并使用 115.2kbit／s 数据传输率来增大传输带宽，提高通信可靠性。 2.2 无线接收器和智能垃圾桶的内部结构和工作原理 智能垃圾桶的无线接收器和智能垃圾桶的内部结构如图 3 所示。 图 3 智能垃圾桶内部结构图 垃圾桶端装有无线接收

器，用来接收无线发射器发射过来的高频信号。RX5000 的频率是 433.92MHz 的短距离高频无线接收专用芯片，工作于 ASK 调制方式上，具有 l15.2kbit／s 的数据传输率。用来接收无线发射器发射过来的高频数据。然后，通过波特率为 57600bit ／s 的 SCI 模块把数据送到 MEGA8 单片机上，完成无线接收过程。MEGA8 微处理器主要 负责接收数据和数据解码处理。垃圾桶的控制翻盖角度，移动，封袋的功能都是在这种通信 模式下通过控制指令放大驱动来完成的。 红外发射部分发射经过调制后载有测量信号的红外光波； 如果有人靠近光电接收管， 则红外 光波受到人体的反射，反射回来的红外光波由光电接收管接收，然后经由单片机进行处理。 单片机做出智能化控制决策， 输出控制指令。 控制信号经过控制信号放大与驱动环节之后驱 动执行机构。 3 遥控器和智能垃圾桶的软件设计 3.1 无线通信方式和通信协议 由于 RFM 公司的 RX5000 系列的通信模块都是单工通信的，所以系统的通信是单方向的， 即由遥控器发送驱动数据给智能垃圾桶。 为了实现遥控器上每个按钮都对应特定的功能， 本 方案将单片机外接一个键盘矩阵， 其中前 4 行的键盘矩阵规定用于发送单组信号， 5 行键 第 盘矩阵用于发送连续信号， 即键盘按下后将不断发送多组相同的信号， 直至键盘松开后才停 止发送。 单一信号用于指定的功能，连续信号则用于翻盖控制中角度的调节。 当键盘发生按键操作时， 单片机输出一个控制周期的无线指令信号是一串 12 个字节的字码。 其中第 1 个字节是指令信号的引导码，其值固定为 55H，第 2～9 个字节为前导效验位，

第 10 个和第 11 个字节为具体的数据信号，对应不同的按键数据信号也不同，第 12 个字节是 指令信号的结束码，其值固定为 55H，表 1 即为无线指令信号格式。 表 1 数据通信格式表 D10 和 D11 是键盘输入码，用两个字节表示。每个键盘指令经过编码解码后，单片机根据 不同的编码执行相应的操作。当数据指令是走动操作时，D10 为 00 或 01 或 02，当指令数 据为开盖操作时 D10 为 EE，当指令数据为封袋操作时 D10 为 FF。表 2 即为键盘输入码的 数据格式。 表 2 键盘数据码表 3.2 遥控器的软件设计 流程图如图 4，开机后，先进行初始化。出于省电的考虑，在 30s 内没有键按下时，就进入 节电等待模式。因此，用“for”循环来计时，并设定计数初值为 0。随后开始 30s 计时，若 是在此期间有键按下，则进入中断程序，若 30s 内无键按下，则进入节电等待模式。重新进 行 30s 计时。若在节电模式中有键盘被按下，执行中断程序，否则自动关机。进人中断程序 后，判断出哪个按键被按下，并将数据编码后发送，若判断出按键没有松开，则继续发送。 返回前，重新设定计时初值为 0。 图 4 遥控器的程序流程图 3.3 垃圾桶端单片机的软件设计 MEGA8 的程序流程图见图 5。智能垃圾桶的核心控制器 MEGA8 并行地进行红外探测和无 线接收， 当人靠近垃圾桶时， 红外光波折射回接收管时， 触发信号从红外模块传送到 MEGA8 上，MEGA8 根据红外的触发信号来驱动电机打开垃圾桶的翻盖；同样地，当人离开垃圾桶 时，触发信号传送到 MEGA8 上，MEGA8 就驱动电机闭合垃圾桶的翻盖。垃圾桶实时地进 行无线接收遥控器的

通信数据， 首先判断该数据是否符合通信数据的协议， 然后提取出键盘 数据， 取出数据中载有键盘指令的两个字节数据， 通过逐个字节数据的辨识完成特定功能的 实现。