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标题	一种基于人体红外检测、太阳能供电的智能垃圾分类系统的设计
范文	李梦婉+方赓 摘 要：随着科学技术的发展，人们生活质量得到飞跃的同时，也产生大量生活、工作垃圾却常常被人们所忽视，人们尚未形成垃圾分类的意识。本系统设计的目的是研制一款利用物联网技术监控的智能自动分类垃圾分类系统，包括物联网技术的应用和智能自动垃圾分类。一方面该系统可以提醒扔垃圾的人在投放垃圾前进行分类，也同时可通过多种传感器自动识别并将垃圾分类，使人们养成垃圾分类的好习惯，管理人员可以通过物联网大数据对垃圾分类数据进行统计；另一方面，系统中的垃圾桶本身也是物联网的感知系统，可动态监控垃圾桶的状态，并发送信号，极大地方便环卫部门对垃圾桶等公共设施智能化管理。 关键词：物联网；垃圾分类；传感器技术 项目来源：2017年江苏省教育厅大学生创新创业训练计划项目 “一种基于人体红外检测、太阳能供电的智能垃圾分类系统”（ 项目编号：201712920014Y） 物联网技术的应用已经非常的广泛， 无论是在工业生产上还是家庭中，都可以看到物联网应用。在人们在日常生活中会产生大量的垃圾， 垃圾处理不当就会严重污染当地的环境。智能垃圾分类是最简单、最可行、也是最高效的资源回收方法。 1 系统的组成和主要功能 系统的设计包括智能自动分类垃圾垃圾桶、后台系统、移动终端实时监控系统三大部分。每个部分有独特的设计和功能， 安装在垃圾桶上的多种传感器是智能垃圾桶独有的特色， 可以实时监控垃圾桶的各种状态，如垃圾桶内垃圾高度等信息， 将这些状态信息可以及时准确的提醒相关的工作人员， 有助于减少劳动成本。 智能垃圾桶的人工智能主要体现在能结合一个小型单片机系统， 利用多种安装在垃圾桶上的传感器对人们的垃圾分类意识、分类子桶中的垃圾高度等数据的采集和传输；智能垃圾桶可以对有扔垃圾意识的人进行善意提醒， 帮助人们养成良好分类垃圾的习惯。 智能垃圾桶的主要内容： 主要包含三部分内容：人体红外检测、时间设定及定时、播放语言提示、太阳能供电。 人体红外检测：主要通过红外探测传感器将人体发出的红外和外界物体的红外区分开，从而达到检测到移动人体红外信号。 时间定时：主要通过秒计数器实时计数，产生秒时钟，并通过MCU微控制器设置定时器，在定时时间触发相应功能，该智能垃圾桶通过设置时间可完成在设定时间范围内语音播放功能正常工作。避免夜间影响人们正常休息。 播放语音：可通过MicroSD卡更新播放内容到智能分类垃圾桶的控制器内。并设置播放模式。音量可根据安装地区现场环境设置大小。 太阳能供电：采用太阳能方式为整个系统提供电源。通过太阳能电池板将太阳能转换成电能存储在锂电池中，为整个系统提供电源，节能环保。 后台系统其功能包括处理和分析垃圾桶上各种传感器传输的监测数据， 服务器自动分类在数据库里存贮各类监测数据。 移动端实时监控可以实时监控智能垃圾桶状态的。终端自带提醒功能，能够提醒使用者及时、准确的处理相关环卫工作， 同时便于合理的安排工人， 节省劳动力。 2 系统的关键技术及难点 2.1 红外探测准确度 当有人走近垃圾桶扔垃圾时，要及时播放语音提示提醒扔垃圾者垃圾要分类存放。当扔垃圾的人扔完垃圾离开垃圾桶时要和走近扔垃圾的行为区分开。解决方案主要通过完善红外探测电路设计及设计相应算法以达到准确的区分和控制。 2.2 播放语音设计 由于垃圾桶是一种耗材产品，使用年限有限，这就要求以较低的成本完成设计。语音播放通过MCU编解码将语音信号解码成数字信号播放。避免采用高成本的专用语音编解码芯片。将语音编解码功能集成到MCU的功能中。在满足清晰播放语音功能的要求上降低成本。 2.3 太阳能充电系统设计 太阳能电池板将太阳能转换成电能，要通过充电系统将太阳能转换成电能存储到锂电池中。该设计要求能适应各种自然环境，及保证在日照时间较少的地方能保证有足够的电能提供。 3 系统设计 3.1 智能自动分类垃圾桶 智能自动分类垃圾桶包括语音模块、智能识别模块、垃圾桶、监测状态模块、数据联网模块、太阳能电源管理模块等。这些模块通过合理的设计， 组成整个系统。 语音模块是提醒人们在扔垃圾前将垃圾分类，起到帮助人们养成垃圾分类的好习惯是本设计的最基本目的。系统可以通过红外传感器检测人还是其它生物在垃圾桶前，并通过程序加以辨识。如果是人，则通过音箱发出事前录制好的提示音。 图3.1是智能垃圾桶核心硬件原理图，从图中可以看到CPU采用 STM32F103RCT6， STM32F103RCT6是一种嵌入式-微控制器的集成电路（IC），芯体尺寸是32位，速度是72MHz，程序存储器容量是256KB，程序存储器类型是FLASH，RAM容量是48K，外围设备可以：DMA，电机控制PWM，PDR，POR，PVD，PWM，温度传感器，WDT，晶振。 本系统包括电源、时钟、IO接口、SD音频控制电路等。 系统采用人体红外感应传感器，可以自主判断是否是人还是其他动物在智能垃圾桶前。如果是人通过人工智能程序判断是路过还是真的需要处理垃圾，这里增加了一些人工智能控制有效的解决了，行人路过或车辆路过造成的误报和小动物觅食引起的误报。不至于在居民小区里造成新的噪声污染。 当有人靠近垃圾桶时系统自动判断是否有扔垃圾的动作，如果有则播放语音提示垃圾分类存放，并可以自动打开或关闭垃圾桶盖子。可用SD卡预存的语音播放内容，声音大小、播放时段可通过配置设置。 3.2 基于物联网云平台的设计 如图图3.2是整个智能垃圾分类系统的系统结构图，从图中可以看出这个系统包括智能垃圾桶、GPRS网关、后台管理云服务器平台、移动终端等部分构成。 3.2.1无线传输 可以将布置在不同场合的智能垃圾桶通过无线网络连接起来， 自带无线网络通讯模块。垃圾桶里安装的传感器将采集的数据， 通过控制系统里的微型处理器将数据处理和打包后， 将垃圾桶的状态信息发送到指定的服务器， 其过程如图所示。有传感器和微型处理器构成本垃圾桶的信号监测系统， 通过太阳能供电，GPRS联网模块将数据发送至服务器。 在封闭的小区内每个垃圾桶内装有ZIGEBEE模块，可将当前垃圾桶的状态例如装满、倒地等状态通过无线上传到网关，再通过网关将数据传到数据处理控制中心，这样可以将分散的垃圾桶统一管理起来 ，可以提高环保部门对城市内垃圾桶的有效管理。 3.2.2后台管理云服务器平台 服务器的主要功能是处理智能垃圾桶传输过来的数据，将传输的数据进行计算处理和监控，同时将处理结果返回给移动终端。当监控的数据异常时， 会通知工作人员。 4 小结 利用物联网技术， 将智能自动分类垃圾桶结合， 实现一种即时的监控， 远程的服务器。可以方便快捷地对垃圾桶状态数据处理， 如有异常可以快速的通知相关的工作人员进行处理。在服务器搭建数据库， 对后续的研究也有极大的意义， 在设备的升级、垃圾桶的布局提供重要的科学管理依据。 作者简介 方赓（1975-），男，高級工程师、讲师，南京科技职业学院信息工程学院讲师，从事软件技术教育工作。
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