智能垃圾桶方案设计开发

传统垃圾桶是带有盖子的，使用时需要人工手动或者脚踏式打开桶盖。通过对该种类型产品调查发现该种产品使用极为不方便，使用时卫生环境方面比较差，容易使用户产生的心理作用。在不少的公共场合我们可以随处看到类似的垃圾桶，但是却发生垃圾桶周围有不少垃圾，其原因主要在于没有能够准确的将垃圾投入桶中或者垃圾堆满后没有清洁人员及时处理，以至于导致环境恶性循环。本文为了解决这一问题，提出了全新智能垃圾桶的设计理念并提出相应的设计方案。希望通过该方案能够让人们更了解智能垃圾桶的工作原理以及帮助人们杜绝通过垃圾桶传播的疾病，更好的实现享受智能化的生活。

本文设计的垃圾桶有别于传统的产品，该系统将以更加人性化的交互方式呈现在人们的面前。系统具有的功能如下：

(1)当垃圾桶的承载量即将达到时，系统会自动给相关保洁人员发送通告信息，确保垃圾桶能够及时有效的清理；(2)当人体往垃圾桶中投人垃圾废品时，系统会自动打开垃圾桶的桶盖，动作完成后自动闭合；(3)系统在执行相应任务时，通过语音的形式通报相应的功能模式使之更人性化的呈现给用户；

本系统主要是由ATMGEA16单片机、人体红外传感器、光电检测模块、语音声控模块、GSM手机模块组成，集成了微电机技术、传感器技术以及自动控制技术一体化的高科技产品。系统通过人体红外传感器实时检测是否有人体往垃圾桶中丢仍垃圾，如果传感器检测到相关信号则将该信号送人到单片机处理分析，最后通过单片机驱动垃圾桶的一系列动作如开启桶盖、闭合桶盖等，语音电路也会伴随这些动作播报相应的语音信号，保证系统能够友好的与人们交互。提高人们对保护环境的意识。系统中设定了一个垃圾检测的电路。当系统中的垃圾达到预定设定的位置时，将会给单片机发送一个信号，该信号则会通过单片机向保洁人员发送一个相关的提示信息并附带有对于垃圾桶的信息，以提醒保洁人员及时对该垃圾桶进行清理。可以达到保证环境时刻干净。设计时，为了保证系统能够降低功耗避免能源浪费，设定这样的程序即在一定时间内如一直没有检测到相关的触发信号，则系统会自动跳人到设定的休眠模式以到达节约能源的目的。主控进入休眠状态时，如果有信号引发相关动作则可以启动相应模块唤醒单片机，并使之前的电路立即进入工作状态模式。本系统具有语声图茂，安全性高、易操作的自动控制，可以有效的保障环境的时刻干净。杜绝细菌疾病的传播是保护人类健康安全的有力工具。

市场上垃圾桶各种各样，功能也都大同小异基本都还是依靠人工手动或脚踏打开桶盖来实现垃圾的投放。本文主要设计了一套有别于传统的垃圾桶，以下几点注定了该系统能够给人们带来更安逸的生活。

系统配备有手机GSM模块来通知相关的保洁人员垃圾桶的基本状态信息，从根本上解决了垃圾溢出没有人及时清理而造成的垃圾污染，影响人们学习、工作、生活。

系统能够实现自动打开和关闭垃圾桶。当有人体向垃圾桶丢仍垃圾时系统会自动的打开和关闭垃圾桶，进一步保证了垃圾能够准确无误的投放到指点位置。

为了保证系统人性化的特点，设计了语音播报功能能够自动的播报相关的模式提示，可以提高环境保护的意识。

本系统的扩展性很高，应用该原理可以演变成为防盗系统、智能家居控制系统等，具有广泛的市场开发潜力。该系统节能环保、操作简单、成本低、体积小具备一定的娱乐性，适用于各个单位、企业、办公楼、公共场所等。

系统主要采用了ATMEGA16作为主控芯片，搭配有语音播报模块、GSM手机模块、人体红外传感器模块、光电检测模块，其主要特点如下：

(1)节能环保功能。本系统设计休眠唤醒功能，在规定的时间范围内没有人进行垃圾投放，单片机会自动切断除了人体红外感应模块的所有电路，进而单片机进入休眠模式起到保证系统能尽的能力降低能源的消耗。系统中设计语音播报功能，该语音系统提示人们进行垃圾分类投放，实现了节能环保的目的。系统在休眠模式的时候可以根据人体红外传感器来唤醒单片机重新进行工作。

(2)干净、整洁、卫生。系统人体红外传感器时刻检测是否有人正在投放垃圾，如果满足这样的条件则会自动的打开和关闭垃圾桶桶盖，避免了人体与垃圾接触没有及时清洗而造成的细菌疾病滋生。系统融合了手机GSM模块，在垃圾桶容量快满是能够及时通知保洁人员对该垃圾桶进行及时清理工作。

(3)和谐的语音播报功能。系统可以根据不同的场合发出一些温馨有趣的语音提示，在使用的同时还可以进行娱乐，这也吸引了小孩子眼球进而使孩子从小养成一种节能环保、爱护环境的习惯。

智能垃圾桶主要是由主控系统、测量单元、电源管理模块、执行机构组成，其结构框图如下图所示。系统主要以人体红外传感器和光电传感器为主的测量机构，通过人体红外传感器来检测是否有人在投放垃圾，如果检测到有人提靠近投放垃圾则自动打开垃圾桶桶盖。而光电传感器则是通过检测垃圾桶内的垃圾状态，如果垃圾的数量达到预定的数量时则会引发系统通过GSM模块给保洁人员发送提示信息，以保证系统的时刻干净卫生。框图左边的是系统的测量模块，右边则是系统的执行机构而中间的则是系统的核心部件处理器，主要起控制各个部件工作的作用。

中国现在正在建设绿色、美丽的中国，智能分类垃圾桶正符合现在的形势。此设计的主要目的是逐渐引导人们转变理念、思想，认识到每一个人都有保护环境的责任，自发地保护环境。

4.1射频识别模块

本设计采用射频识别（RFID）技术实现对垃圾的智能分拣。在用户投放垃圾时，RFID能够读取到垃圾的信息，并根据信息对垃圾进行识别，识别后再利用频率信号将信息由RFID标签传送至RFID阅读器，通过中间件处理后传至单片机[1]。如果标签信息与单片机库文件里的信息匹配成功，则通过机械结构打开可回收的不同区域的垃圾桶盖；若匹配不成功，则打开不可回收区域的垃圾桶盖。此模块具有灵敏度高、操作性强等智能分类的特点。

4.2普通垃圾分类

非金属垃圾通过RFID检测，识别到标签信息，将标签信息传输到单片机，再通过单片机与其库文件里信息对比，进而实现垃圾的精确分类。如果未识别到标签信息，就重新检查；若还是不能识别，则它为不可回收垃圾。

4.3金属垃圾分类

由于普通的RFID电子标签与金属混在一起后，会有金属隔离，标签信息会出现乱码。解决办法有三种：一是当单片机检测到乱码时，单片机可以当作检测到金属来处理，但电子标签设计也可能出现技术出错，导致出现乱码，因此此方法有一定缺陷；二是用金属探测仪来检测金属，此方法受外界环境影响较大，若垃圾桶本身是金属材质，或者人们扔垃圾时检测到其身上存在金属物品，就容易出错；三是使用抗金属RFID电子标签，可以有效地避免出现乱码的情况，但是此类标签价格比普通的电子标签贵两到三倍。通过比较，采用抗金属RFID电子标签符合精准判断的要求，在一些精确度要求不高的地方可以采用普通标签。

5.1装置功能

（1）自动识别及智能分类：通过RFID技术对信息的多帧重复识别后将信息传递给单片机。单片机根据接收的标签信息对各装置发出垃圾分类信息指令，使不同类垃圾落入不同区域，实现垃圾的精准分类回收。

（2）安全环保智检：（a）安全监测。垃圾桶内安装温度传感器，利用温度传感器实时监测垃圾桶内部温度，一旦高于安全温度，立即通过单片机调用语音报警系统发出报警信号。（b）环保清理。垃圾桶顶部安装超声波传感器，利用超声波传感器对垃圾桶存储状态进行实时检测，通过单片机反馈到LCD显示屏，显示屏幕记录剩余容量。若垃圾桶已满，则提示人们不能再继续投放垃圾，避免垃圾溢出污染环境，同时便于清洁人员按时清理垃圾。

5.2功能介绍

（1）射频技术识别垃圾是否可回收：本设计通过RFID技术将微芯片嵌入产品制造中，产品在制造初期录入是否可回收的信息，微芯片会向扫描器自动发出各类产品的既定信息，从而实现本设计对产品的识别以及对已回收垃圾信息的后续处理。当垃圾桶检测到电子标签后，自动录入产品信息。整个过程不需要像条形码技术那样进行人工扫描。

（2）智能分类：垃圾桶对垃圾完成RFID识别后，芯片记录垃圾的类别信息，然后传递给单片机，一旦垃圾进入检测分类区，单片机将垃圾信息与其库文件信息比对，比对成功后就通过控制机械结构运动打开相应区域；如果比对不成功，则垃圾桶不可回收区域打开，实现了垃圾检测分类的功能。

（3）实时检测垃圾桶内储存容量与温度：使用温度传感器对垃圾桶内部温度进行实时监控，规避由于内部器件发热以及外部因素所导致的温度高于安全温度引起安全问题的风险。置于垃圾桶顶部的超声波传感器能实时检测垃圾桶有效存储空间，当垃圾桶装满时发出信号，通过单片机控制显示屏幕，提醒清洁人员对垃圾进行处理。

（4）自动报警：在温度传感器的严格监测下，当垃圾桶温度高于安全温度时，垃圾桶的报警装置立即启动，同时自行停止一切工作。

（1）精准识别：RFID技术可以实现对垃圾的精确识别。利用射频信号空间耦合（电感或电磁耦合）传输特性，在阅读器天线定向波束范围内实现对被识别物体所携带信息的自动化提取和识别，发射的电磁波碰到目标后反射，同时带回目标信息的特性，将信息传递给单片机。而且只要阅读器天线布置合理，理论上就不存在检测死角，可以实现对电子标签的无漏识别。

（2）多帧纠错：在保证阅读器同时识别、逐个读取RFID电子标签信息的条件下，通过针对同一标签进行多帧重复识别，同时保留所有检测的数据。最后对所有暂存的各帧标识码数据进行纠错处理，即取相同识别度次数最多的数据作为实现智能精准分类的正确标签数据，从而达到纠错的目的，将垃圾分类的精度提高到至少99%。

总结

本文中先分析总结当前垃圾的现状和缺陷，参考现有智能化的同类并添加了GSM技术形成属于一种科技技术的额产品。通过融合成熟的技术。设计出了基于GSM模块的智能垃圾桶。该产品的时效性高、功能强大、性能完善、功耗低、开发成本低，相信能够给社会带来赏心悦目的享受。垃圾桶随处可见，不管是在公司单位还是公共场合都能寻觅它们的踪迹，可以说它离不开我们的生活，因此智能垃圾桶应用前景广泛。与传统垃圾桶相比，该系统具有强大的功能、赋予人类的思想添加科技元素，不仅仅具有语音提示的功能，与此同时还可以随时通知保洁人员来及时清理垃圾，相信该系统能够造福百姓。造福社会。

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