智能垃圾桶文献综述

文献综述3技术文件写作与交流课程作业文献综述课题名称：智能垃圾桶的相关研究系部：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化姓名：__学号：指导教师：二0一六年十一月文献综述1智能垃圾桶的研究和设计作者姓名：作者单位：合肥工业大学联系电话：摘要：本文总结了智能垃圾桶的设计方法,它以单片机为核心,实现垃圾桶的感应开盖,延时自动关盖;当检测到垃圾桶满时,发出无线信号给主机,主机通过程序判断哪个垃圾桶满并给出相应的提示信息。该系统使得工作人员对分散在各处的多个垃圾桶的管理更加方便,大大提高了管理效率。关键词:智能垃圾桶；单片机；传感器；ResearchanddesignofintelligentashbinAuthor’sname:WangWeiTheauthorunits:HefeiUniversityofTechnologyContactphonenumber:18856326607Abstract:Thispapersummarizesthedesignmethodofintelligenttrashcan,itisAT89C51singlechipmicrocomputerasthecore,toimplementthetrashtheinductionofopen,delayshutautomaticallycover;Whentheytestedthetrashcanisfull,awirelesssignalstothehost,thehostthroughwhichtrashcanfullofproceduresandgivethecorrespondingmessage.Thesystemmakesthestaffmanagementofthemultipletrashesscatteredmoreconvenient,greatlyimprovingtheefficiencyofmanagementKeywords:intelligentashbin;microcontroller;sensor;1.研发背景垃圾桶是家庭、小区、公共场所等不可缺少的设施。然而，在一些公共场合，虽然到处都有垃圾桶，但陈旧无新意，缺乏一些人性化设计，使人们用起来既不方便也不卫生。例如：垃圾没有丢进桶内，导致遍地狼藉、臭气冲天，严重污染环境；垃圾难以取出，费时费力。本文介绍的捷洁智能垃圾桶是针对目前垃圾桶存在诸多缺陷而提出的一种全新的智能垃圾桶[3]传统的生活垃圾收集方式对环境的污染，困扰着人们的日常生活和健康。其一，无盖的垃圾桶虽然方便人们投送垃圾，但是存在卫生问题，垃圾的各种难闻的气味特别容易通过空气传播，而细菌的感染间接地给人们来了种种疾病的隐患，影响人们的生活；其二，有盖的垃圾桶相对卫生但是很不方便，而且必须通过自己亲自开垃圾桶的盖子才能扔垃圾，这样就容易造成接触感染，既不卫生又影响心情。为此，不少科技工作者设计了半自动或全动垃圾收集装置，但均难以实现真正意义上的全自动智能化控制，仍然需要扔垃圾者、收垃圾者，以及垃圾箱管理者进行人工干预，人们难以适应，因此一直难以推广[4]。2．智能垃圾桶研发的价值文献综述2智能垃圾桶可以有效的提高人们生活质量，改善环境问题，提高环卫工人的工作效率，减少了生活中各种病菌交叉感染的机率，无垃圾异味溢出，确保四周空气清新，是社会发展的创新体现。3．课题研究的国内外发展现状2.1新型智能垃圾桶的系统组成及功能2.1.1自动翻闭盖功能通过红外感应系统控制启动电路开关，电源给予动作电路提供电能转化为机械能，带动设计的曲柄滑块传动机构完成自动翻闭盖。2.1.2自动压缩功能通过压缩机构将垃圾进行压缩处理，以节约垃圾桶的空间利用率。此压缩机构与垃圾箱盖连在一起，使在自动关盖的同时带动压缩机构对垃圾进行压缩。考虑到压缩机构安装最佳点和运作时的联动性，还有压缩的面积和效果，本产品设计出一种既能够实现有效压缩垃圾又不影响垃圾盖开合的连杆机构，通过对机构的运动及动力分析，进行相关结构设计及强度变形分析达到设计目标。2.1.3语音提示功能通过编程模块将词条录入存储器中，在程序运行的过程中通过喇叭以实现语音的播报。合理的语音提示，可以给人们以鼓励与自豪感，增强人们的环保意识。本研究结合心理学的知识，收集、整理和创出符合人们内心认知的恰当提示语，同时对不同的场合配备了不同的语音提示。2.1.4满箱检测感应功能在压缩机构上配置压力传感器，压缩垃圾时，当被测构件所受作用力达到压力传感器设定的最大预设值，即认为垃圾桶达到满箱状态，传感器便会将压力信号传至单片机，触发语音电路进行满箱语音提示，垃圾桶翻盖机构停止运作。2.1.5具地域特色的外形设计针对不同的场合，考虑美观和便于倾倒及清洁，并满足各种装置的安排需要，合理设计垃圾桶外形，使各部分正常运作而不互相影响。针对不同的地域特点，还可以添加一些地域风格的标志，如宣城徽文化的砚台形象等[5]。2.2智能垃圾桶的工作原理2.2.1智能垃圾桶的硬件分析(1)单片机最小系统如图2所示，单片机最小系统由AT89C51单片机、晶振电路以及复位电路组成。AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端[3]。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体（或陶瓷振荡器）及电容Cl、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容Cl、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、文献综述3起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，则推荐电容使用30pF±10PF，而如使用陶瓷振荡器，建议选择40pF±10pF(2)AD模块AD采集模块采用11通道的TLC2543提高数据采集的精度。TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。TLC2543是串行输入结构，能够节省51系列单片机I/O资源，且价格适中，分辨率较高。(3)电源模块需要220V交流转换成直流24V供电动机使用，±12V给功放供电，12V给压力传感器供电，5V给单片机供电。自制一个220V交流转±12V的电源模块如图3所示。(4)功放电路设计在一个多级放大器所构成的放大系统中，功率放大器常置于末级，作用是提供足够大的输出功率以驱动负载，如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。(5)红外线信息检测电路由红外模块、LED1、R1、RP、C1组成。当有人走到垃文献综述4圾桶面前时，红外线模块的输出点电平为0，通过RP、红外线模块给电容C1充电，同时桶盖上的蓝色信号灯。能红外线自动垃圾桶设计点亮，桶盖并不打开，而是等待电容两端的电压升高到三极管的导通电压后延时(大约2s左右)打开，所以这样可避免因是经过垃圾桶前，而非倾倒垃圾时误动作。当无人站在垃圾桶前时，红外线模块没有接收到反射信号，此时LED不点亮，桶盖不动作，此时为常态。当有人从桶前走过(此信号属于干扰信息)时，红外线模块接收的信号由于电容C1的延时，继电器并不触发接通，所以电路对干扰信号有抗干扰的作用[10]。(6)语音合成模块该模块的核心是SYN6288语音芯片，它通过异步串口（UART)通讯方式，接收待合成的文本数据，实现文本到语音的转换。(7)压力感应以及变送模块压力传感器选用TS03型称重传感器，量程50kg。变送模块供电12V，传感器由变送模块供电。传感器受到压力时，输出0〜24mV电压信号，经变送模块放大，最后交由AD采集模块传输给单片机。当压力值达200N时，单片机就会控制语音模块发出警报，并且箱盖不再打开。(8)电机驱动模块本模块选用86型两相四线制步进电机，DM860驱动器以及减速器实现自翻盖控制。电机转3圈时，其转轴通过减速比为6:1的减速器后带动机械机构转半圈，从而实现开盖，电机朝着同一个方向再转半圈后，盖子合上。大致控制过程为：单片机控制引脚发出脉冲，经过三极管提高驱动能力，将信号传给驱动器，然后通过A+、A-、B+、B-四线的输出控制电机转动。2.2.2智能垃圾桶的软件分析现在研究的软件设计框图大致如下文献综述5（1）主程序设计（2）电机控制（3）语音合成模块基于LD3320的智能语音控制垃圾桶系统采用ST89C52单片机作为控制MCU，其系统程序主要分为语音识别、容量探测、电机控制3个部分文献综述62.2.3智能垃圾桶的结构分析电动机经减速器减速后，减速器输出轴与转盘较接，转盘在边缘处与连杆的一端铰接，连杆的另一端与直动杆下端铰接，直动杆上端与拉杆下端铰接，拉杆上端与盖子铰接，整个机械传动机构置于桶身背侧，桶身与盖子铰接并且内置有推拉式内箱。当红外感应开关感应有人体靠近时，触发电路，电动机运作带动转盘，转盘带动连杆转动至最低点，直动杆向下运动通过拉杆将盖子拉开，盖子在打开过程中通过顶杆将压板拉起，此时由于延时电路控制，垃圾桶将保持开盖状态以便丟入垃圾。当人离开后，红外感应开关再次触发电路，电动机继续转动180°,转盘带动连杆转动至最高点，盖子闭合，压板可对垃圾进行压缩，电路运行终止，若此时若垃圾对压板作用力超过传感器预设值，则触发语言电路进行语音提示。当垃圾桶装垃圾已到达规定容量，可手动将内箱拉出，倒完垃圾后放回即可[6]。文献综述74.研究结论智能垃圾桶采用先进的微电脑控制芯片，红外传感探测装置机械传动部分组成是机、电一体的科技新产品。开盖设计突破了传统垃圾桶无盖或者侧开口的思维，解决了侧开口式垃圾桶不易投掷的缺点。产品的上开盖设计解决了垃圾桶不易投掷垃圾的缺点，减少了垃圾投掷桶外的概率。更加人性化的侧拉门设计和双门交替开关设置在提高工作效率的同时又增强了垃圾桶的密封性，确保了其附近空气的清新。在选材上则采用了耐热、抗腐蚀的不锈钢材料，传统的垃圾桶大多是塑料材料，不耐热，一般印有不准倒热灰的标志，而不锈钢材料内热抗腐蚀性能可靠、使用寿命长，便于清洁。但现在的智能垃圾桶多在语音系统以及红外感应自动开闭盖比较成熟，但在内部结构上还是有所欠缺，比如防渗沥液，吸收难闻气味上比较少，以及对太阳能的利用上考虑不周全，还有休眠节能。现在的主要研究方向是在家居垃圾桶上的，而没有更多考虑到公共场所。如果能单片机为核心，通过对热、声、光信号信号检测和控制，实现自动开盖和合盖，可以使用太阳能、休眠节能、播放语音、吸收难闻气味、渗沥液的收集以及自动检测垃圾重量的功能。就可以防止减少卫生感染的隐患，能有效减少各种传染性疾病通过垃圾进行传播，方便人们生活，并节约能源。参考文献[1]张毅刚，彭喜元，彭宇.单片机原理及应用[M]北京：高等教育出版社2010.5[2]熊诗波，黄长艺.机械工程测试技术基础[M].北京：机械工业出版社2006.5[3]梁婷，常国强，邢皓，辛操，唱岩.一种智能垃圾桶的研究与应用[J]机械工程师2009年第1期[4]罗萱格，全自动智能垃圾桶设计浅谈[N]科技风2016年9月下[5]周强，管锋，林琳，张飞，吕涨，汤高扬.一种自翻盖可压缩多功能智能垃圾桶的设计[J]机械1006-0316(2016)05-0051-04[6]范立南，白志强基于单片机的智能垃圾桶系统设计[J]科研设计成果1671-1041(2008)06-0016-02[7]何侃，田亚清，李强，胡洲荣，张静.基于LD3320的语音识别智能垃圾桶设计[J]国外电子测量技术2015.6[8]周慧,许锦标新型智能垃圾桶的设计方案[N]广东工业大学学报1007-7162(2006)03-0085-04[9]陈中跃,刘鹏,孙玲.基于单片机的智能垃圾桶设计[J]电子技术与软件工程STC15F2K61S2[10]王和平智能红外线自动垃圾桶设计[N]承德石油高等专科学校学报第13卷第3期，2011年9月[11]Perez-Gaspar,LACaballero-Morales,SOMultimodalemotionrecognitionwithevolutionarycomputationforhuman-r