智能垃圾回收箱及其控制系統

智能高效

遠程控制

智能垃圾桶回收箱

本文設計了基于機械傳動、嵌入式系統和物聯網技術的智能垃圾回收箱及控制系統，包括結構、硬件和軟件設計，以及基于機智云后臺服務器的操作系統，實現了用戶信息識別和與垃圾箱的信息交互，測試結果滿足了設計目標。

物聯網技術可提高垃圾回收管理效率，可開發智能回收系統，實時監控回收過程，通過物聯網協作，收集分析數據，及時清理滿載垃圾桶，降低人力成本，改善垃圾箱環境。

01

分析智能垃圾分類技術與物聯網技術發展，確定研究目標。

02

提出智能垃圾回收箱系統方案，詳細設計結構。

03

詳細設計控制系統硬件，包括主控制器、傳感器選型及監控系統。

04

詳細設計控制系統軟件，包括云平臺選擇、信息交互和各模塊實現方法。

05

測試智能垃圾回收箱功能，驗證云平臺功能和垃圾投放過程的有效性。

針對城市垃圾量大、回收難問題，設計了一款智能垃圾回收箱，旨在提高居民分類投放積極性，減少可回收物浪費，實現垃圾再利用。系統分為機械結構、控制系統和遠程平臺。根據功能要求，回收箱可處理紙張、金屬、塑料和織物等多種垃圾，提高回收效率。

01

用戶識別：通過 IC 卡或者手機 APP 上的二維碼對用戶的身份進行驗證，驗證成功后方可投放垃圾。

02

回收門控制：能夠自動開關門，在 LCD 屏上顯示開關門狀態；開門時伴隨有語音提示，關門時系統帶有防夾手檢測、防擠壓檢測、滿溢檢測等功能；后臺監控垃圾滿溢之后，遠程提醒工作人員及時對回收物進行處理。

03

垃圾稱重：對用戶投放的垃圾進行稱重，將稱重數據上傳至云平臺。并能夠檢測桶內垃圾是否減少，投放垃圾質量太輕時，能夠過濾重量

04

LED 顯示：顯示設備的工作狀態和垃圾投放狀態。

05

系統開機自檢：設備開機時，能夠自動檢查設備的狀態，減少后續使用時出現的問題。

內部若放置容積 240L 的垃圾桶，容積過大，會導致智能垃圾回收箱外形尺寸過大，不方便用戶投放；容積過小，會增加垃圾清運的頻率，比較后選擇僅次于最大容積的 120L 容量垃圾桶放置于回收箱內部。

長度方向設計 210mm 余量，由于箱體在寬度方向需要安裝的元器件較多，設計 550mm 的余量，高度方向設計 660mm 余量，以便放置稱重裝置和開關門裝置。所以，智能垃圾回收箱總長度為（210+550）×4=3040mm，寬度為 470+550=1020m，高度為 920+660=1580mm。

每個分箱有獨立的回收物投放口和內置垃圾桶，當桶滿時，可取出并運往公司處理。箱體配備四種回收物投放口的控制按鍵，前面有掃碼裝置用于身份確認。中間的顯示屏顯示運行狀態，并實時反饋投放信息給居民。頂部攝像頭監控投放情況，防止盜竊。智能垃圾回收箱的三維模型見下圖。

投放口開關門機構設計

傳統垃圾箱的投放口是手動打開的，用戶投放垃圾時手上容易沾染垃圾桶中的細菌，對人體健康產生布良影響。

#部分智能垃圾箱的投放口采用彈出開蓋式，桶蓋打開速度很快，人在沒有防備的情況下容易受到傷害。針對上述問題，本文設計的智能垃圾回收箱采用不接觸垃圾桶、滑蓋式的開關門機構。

投放口防夾手機構由固定板、活動板、彈簧裝置、連接板、開關觸板、行程開關、限位板、固定件組成。開關門機構通過連接裝置控制投放門的閉合，固定板安裝在投放門上，隨投放門同步運動。

限位板的固定件安裝在固定板中，限位板中有滑槽，固定件可在滑槽內滑動，固定板和活動板兩邊安裝有平行的限位裝置和行程裝置。與活動板相連的連接板與彈簧下端連接，固定板與彈簧上端連接，位于固定板的中部。

此方案中垃圾投放門關閉接觸到人體時，有彈簧裝置作為緩沖，兩邊的固定件沿著限位板滑槽滑動，減少了對人手的擠壓力度。當固定件滑到滑槽最大行程時，開關觸板也會觸發行程開關，此時電機轉向改變，回收門再次打開?；厥臻T關閉時，投放口若有物體存在，此裝置就會重復上述運動過程，直到用戶將垃圾完全投入到智能垃圾回收箱內。

01

回收物稱重機構設計

回收物稱重方式在回收箱中安裝稱重裝置來實現，每個垃圾桶采用一個傳感器進行稱重，安裝在箱內垃圾桶下方，結構如圖。

02

回收物壓縮機構設計

垃圾滿溢后，會有工作人員清理，但頻繁清理增加成本。為減少清理頻率，智能垃圾回收箱內設計了壓縮裝置，使垃圾密實，增大存儲量，不影響居民使用。壓縮裝置由電機、螺桿等組成，通過正反轉控制壓塊的升降，當垃圾達到一定高度時，壓塊開始壓縮。

智能垃圾回收箱功能多、數量多，設計一個功能全面、費用適中的核心控制系統非常重要。主要功能模塊如下：

01

主控制器
STM32 單片機是一款接口豐富、性價比高的單片機。該控制器能夠同時控制多個功能模塊，且聯網方便，能夠實現遠程后臺的控制。

02

電源模塊
智能垃圾回收箱一般在居民小區里投放，可以連接至小區的電力系統，市電經電源模塊轉換為其它模塊正常工作所需要的電壓。

03

稱重檢測模塊
要實現對垃圾的稱重，須在回收箱里內置傳感器，對居民每次的垃圾投遞操作進行實時測量，上傳數據。當垃圾超重時，能夠發出信號，通知工作人員進行處理，當垃圾減少時也能夠發出報警信號。

04

顯示模塊
在智能垃圾回收箱上安裝液晶顯示屏，通過界面顯示可以提醒用戶進行合理操作，同時 LED 指示燈顯示設備的工作狀態。

05

電機控制模塊

電機控制模塊控制步進電機和直流電機。步進電機對智能垃圾回收箱投放門進行控制，直流電機對智能垃圾回收箱中的垃圾進行壓縮和控制滅火球的啟用。

小結

從智能垃圾回收箱的功能需求出發，提出了智能垃圾回收箱的總體方案。對智能垃圾回收箱的總體結構和關鍵裝置的結構進行了詳細設計，提出了硬件和軟件相配合的控制系統方案。