智能垃圾回收箱及其控制系统

智能高效

远程控制

智能垃圾桶回收箱

本文设计了基于机械传动、嵌入式系统和物联网技术的智能垃圾回收箱及控制系统，包括结构、硬件和软件设计，以及基于机智云后台服务器的操作系统，实现了用户信息识别和与垃圾箱的信息交互，测试结果满足了设计目标。

物联网技术可提高垃圾回收管理效率，可开发智能回收系统，实时监控回收过程，通过物联网协作，收集分析数据，及时清理满载垃圾桶，降低人力成本，改善垃圾箱环境。

01

分析智能垃圾分类技术与物联网技术发展，确定研究目标。

02

提出智能垃圾回收箱系统方案，详细设计结构。

03

详细设计控制系统硬件，包括主控制器、传感器选型及监控系统。

04

详细设计控制系统软件，包括云平台选择、信息交互和各模块实现方法。

05

测试智能垃圾回收箱功能，验证云平台功能和垃圾投放过程的有效性。

针对城市垃圾量大、回收难问题，设计了一款智能垃圾回收箱，旨在提高居民分类投放积极性，减少可回收物浪费，实现垃圾再利用。系统分为机械结构、控制系统和远程平台。根据功能要求，回收箱可处理纸张、金属、塑料和织物等多种垃圾，提高回收效率。

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用户识别：通过 IC 卡或者手机 APP 上的二维码对用户的身份进行验证，验证成功后方可投放垃圾。

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回收门控制：能够自动开关门，在 LCD 屏上显示开关门状态；开门时伴随有语音提示，关门时系统带有防夹手检测、防挤压检测、满溢检测等功能；后台监控垃圾满溢之后，远程提醒工作人员及时对回收物进行处理。

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垃圾称重：对用户投放的垃圾进行称重，将称重数据上传至云平台。并能够检测桶内垃圾是否减少，投放垃圾质量太轻时，能够过滤重量

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LED 显示：显示设备的工作状态和垃圾投放状态。

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系统开机自检：设备开机时，能够自动检查设备的状态，减少后续使用时出现的问题。

内部若放置容积 240L 的垃圾桶，容积过大，会导致智能垃圾回收箱外形尺寸过大，不方便用户投放；容积过小，会增加垃圾清运的频率，比较后选择仅次于最大容积的 120L 容量垃圾桶放置于回收箱内部。

长度方向设计 210mm 余量，由于箱体在宽度方向需要安装的元器件较多，设计 550mm 的余量，高度方向设计 660mm 余量，以便放置称重装置和开关门装置。所以，智能垃圾回收箱总长度为（210+550）×4=3040mm，宽度为 470+550=1020m，高度为 920+660=1580mm。

每个分箱有独立的回收物投放口和内置垃圾桶，当桶满时，可取出并运往公司处理。箱体配备四种回收物投放口的控制按键，前面有扫码装置用于身份确认。中间的显示屏显示运行状态，并实时反馈投放信息给居民。顶部摄像头监控投放情况，防止盗窃。智能垃圾回收箱的三维模型见下图。

投放口开关门机构设计

传统垃圾箱的投放口是手动打开的，用户投放垃圾时手上容易沾染垃圾桶中的细菌，对人体健康产生布良影响。

#部分智能垃圾箱的投放口采用弹出开盖式，桶盖打开速度很快，人在没有防备的情况下容易受到伤害。针对上述问题，本文设计的智能垃圾回收箱采用不接触垃圾桶、滑盖式的开关门机构。

投放口防夹手机构由固定板、活动板、弹簧装置、连接板、开关触板、行程开关、限位板、固定件组成。开关门机构通过连接装置控制投放门的闭合，固定板安装在投放门上，随投放门同步运动。

限位板的固定件安装在固定板中，限位板中有滑槽，固定件可在滑槽内滑动，固定板和活动板两边安装有平行的限位装置和行程装置。与活动板相连的连接板与弹簧下端连接，固定板与弹簧上端连接，位于固定板的中部。

此方案中垃圾投放门关闭接触到人体时，有弹簧装置作为缓冲，两边的固定件沿着限位板滑槽滑动，减少了对人手的挤压力度。当固定件滑到滑槽最大行程时，开关触板也会触发行程开关，此时电机转向改变，回收门再次打开。回收门关闭时，投放口若有物体存在，此装置就会重复上述运动过程，直到用户将垃圾完全投入到智能垃圾回收箱内。

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回收物称重机构设计

回收物称重方式在回收箱中安装称重装置来实现，每个垃圾桶采用一个传感器进行称重，安装在箱内垃圾桶下方，结构如图。

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回收物压缩机构设计

垃圾满溢后，会有工作人员清理，但频繁清理增加成本。为减少清理频率，智能垃圾回收箱内设计了压缩装置，使垃圾密实，增大存储量，不影响居民使用。压缩装置由电机、螺杆等组成，通过正反转控制压块的升降，当垃圾达到一定高度时，压块开始压缩。

智能垃圾回收箱功能多、数量多，设计一个功能全面、费用适中的核心控制系统非常重要。主要功能模块如下：

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主控制器
STM32 单片机是一款接口丰富、性价比高的单片机。该控制器能够同时控制多个功能模块，且联网方便，能够实现远程后台的控制。

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电源模块
智能垃圾回收箱一般在居民小区里投放，可以连接至小区的电力系统，市电经电源模块转换为其它模块正常工作所需要的电压。

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称重检测模块
要实现对垃圾的称重，须在回收箱里内置传感器，对居民每次的垃圾投递操作进行实时测量，上传数据。当垃圾超重时，能够发出信号，通知工作人员进行处理，当垃圾减少时也能够发出报警信号。

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显示模块
在智能垃圾回收箱上安装液晶显示屏，通过界面显示可以提醒用户进行合理操作，同时 LED 指示灯显示设备的工作状态。

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电机控制模块

电机控制模块控制步进电机和直流电机。步进电机对智能垃圾回收箱投放门进行控制，直流电机对智能垃圾回收箱中的垃圾进行压缩和控制灭火球的启用。

小结

从智能垃圾回收箱的功能需求出发，提出了智能垃圾回收箱的总体方案。对智能垃圾回收箱的总体结构和关键装置的结构进行了详细设计，提出了硬件和软件相配合的控制系统方案。