摘要：本文从当前可再生资源回收的热潮出发，分析了塑料瓶回收中存在的问题，提出了一种基于物联网的塑料瓶智能回收箱，该回收箱采用基于ARM的STM32F103RCT6的处理器并配载超声波模块、称重模块、红外测距模块等实现塑料瓶的智能回收。该回收箱适用于放置公共场所，减少管理人员后期进行分类回收的工作量。与传统回收方式相比，创造性地将塑料瓶回收转化为“投瓶”的方式，能够有效提高其可再生资源回收意识和增强动力，助力国家可再生资源利用率的政策、可持续发展战略的实施。
关键词：物联网；智能；塑料瓶回收
中国每年产生以百万吨计的塑料废弃瓶，校园、社区等人流量集中的地方占全国塑料瓶废弃物产量48%以上，其中在15000人的大学校园平均废弃塑料瓶日产量约达2000个。我国对塑料废弃瓶的回收主要是人工挑拣，但这种回收方式耗费人力、效率低、成本高。我国百分之九十以上的住宅小区废品未经循环利用就直接处理掉,导致大量资源浪费,为解决废品回收中所存在的一系列问题[1]。我们设计了基于物联网技术[2]的塑料瓶智能回收箱创造性地将塑料瓶回收转化为“投瓶”的方式，很大程度上解决了当下传统回收方式的弊端。
1硬件设计
智能塑料瓶回收机主要是包含CPU处理部分、红外检测部分、二维码识别部分、分拣机构、舵机控制部分、塑料瓶识别部分、容量检测部分、语音提示等部分。我们基于物联网基础框架,研制的新型智能回收箱,可实现容量自动检测,自动计数、自动称重、自动报警以及积分返点功能[3]。当系统通过红外检测模块识别到有用户在回收箱前出现时，将回收装置从低功耗模式转换为正常工作模式，并进行语音提示用户智能塑料瓶回收箱的工作过程。用户将获取的二维码对准二维码识别入口进行扫描，当用户输入无效的二维码时，语音会提示“二维码无效，请输入有效二维码”，输入有效二维码时，语音会提示“欢迎使用智能塑料瓶回收箱”，此时舵机模块控制智能回收箱的投放门打开，用户投入塑料瓶触发凹槽上方的超声波阵列检测模块，模块判断出塑料瓶的形状与重量，判断是否是需要的塑料瓶，如果是需要的就通过控制舵机顺时针反转分拣机构将塑料瓶倒入下方的回收箱内，不是则逆时针反转倒出，塑料瓶在倒入下方的回收箱内时对其进行计数，反复此过程，直至用户投放完塑料瓶。该装置总框架图分别如图 1所示。
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图1装置总框架图
1.1 CPU模块
本系统的处理器采用基于ARM的STM32F103RCT6。这款处理器是STMF103系列的Cortex-M3内核32位处理器，它拥有的资源包括：48KB SRAM、256KB FLASH、2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个DMA控制器（共12个通道）、3个SPI、2个IIC、5个串口、1个USB、1个CAN、3个12位ADC、一个12位DAC、1个SDIO接口及51个通用IO口。该芯片性价比极高。
1.2 红外测量模块
它由PSD（灵敏探测器）和IRED（红外发射二极管）以及信号处理电路三部分组成。由于采用了三角测量方式，被测物体的材质、环境温度以及测量时间都不会影响传感器的测量精度。传感器输出电压值对应探测的距离。通过测量电压值就可以得出所探测物体的距离，所以此传感器可以用于距离测量、避障等场合。
1.3 舵机控制模块
舵机控制系统主要是控制智能塑料瓶回收机的开门与关门，用户投放符合标准的塑料瓶后凹槽进行翻转。在用户投放塑料瓶时凹槽舵机控制凹槽翻转回收物品。舵机在转动的同时通过PWM脉冲对舵机的转速进行控制，使舵机稳定转动。本系统的硬件主要由DG-996舵机模块组成，
1.4语音模块
语音提示主要是由JQ8400FL10P语音模块构成。JQ8400语音模块集成了一个16位的MCU，采用硬解码的方式，更加保证了系统的稳定性和音质。选用此芯片在于它能够灵活地更换SPI-flasl内的语音内容，省去了传统语音芯片需要安装上位机更换语音的麻烦，SPI FLASH直接模拟成U盘，跟拷贝U盘一样方便。
1.5分拣机构
分拣机构由圆盘、电机、半圆筒和螺杆组成。前后两个圆盘的内圆通过螺杆相连起固定作用，外圆环通过螺杆及卷在其上的半圆筒相互连接，凹槽舵机控制转动凹槽倒入物资。物资盛放装置前端挂起，后端固定于称重模块上。
1.6超声波测距模块
用于识别物资形状大小，用多个超声波模块安放在盛放物资的托盘上方，当没有物资投放时，超声波模块测定一个标准距离d0，此时的距离是超声波模块到托盘的距离；当有饮料瓶投入到托盘时，超声波模块测定的距离发生变化为d1，d0-d1的差值即为饮料瓶的直径。根据常见饮料瓶的长度（100-300mm），平行于饮料瓶瓶身方向安装1个超声波模块，即可测得饮料瓶长度；根据直径和长度从而确定饮料瓶的大致形状。
1.7称重模块
当没有饮料瓶投入到物资盛放装置的滚筒时，称重模块的上下位置固定在一个位置范围，当有饮料瓶投入到滚筒时，称重模块的上下位置不会发生太大变化，当投入的物资重量超过饮料瓶时（比如投入了玻璃啤酒瓶，或者装有超过200ml水的饮料瓶，或者其他较重的物品），称重模块的上下位置会发生太大变化，当到达或超过某一位置时，用微动开关检测是否超过这一位置，微动开关闭合从而判断质量是否超过上限。
1.8二维码识别模块
二维码识别系统主要由二维码识别模块构成。二维码识别模块通过图像智能识别算法，可快速准确地读取纸质或屏幕上的一维条码及二维码。二维码扫描模块工作电压为5V，体积小巧，板载 micro USB 和 UART 串口，可接入计算机或嵌入式设备使用。
2系统软件设计
本智能回收箱通过红外检测模块判断是否有用户靠近，通过读取用户二维码信息或用户输入的账户来识别用户，若识别为注册用户，投放口自动开启，用户离开后自动关闭，塑料瓶识别系统将会识别用户投入回收箱的是否为塑料瓶，若不是则自动退出。与此同时本装置还会利用称重模块估算回收箱容量，当满容时停止使用，提示工作人员回收。而语音模块辅助提示用户操作步骤，提高用户使用满意度；同时显示屏提示用户操作步骤，播放绿驿公司宣传片，起到推广作用。除此之外回收箱具有定位功能，用户和工作人员可以在公众号和APP上看见回收箱的位置，方便其寻找使用。
3结论
由于传统回收方法不能很好地处理废旧塑料制品，均存在回收效率低，人工成本高的问题，因此就如何科学高效地回收塑料废弃瓶，我们设计了充分利用物联网技术、感应技术和人机交互技术的智能回收箱，有效解决了传统回收带来的弊端。此智能回收箱通过居民、回收人员以及管理人员的共同配合，加快智慧城市的发展脚步。它可以适应不同地区不同时间段的回收政策，极大地增加了回收人员的的便捷性，使得城市塑料瓶回收得到有效的解决，降低了人力物力的损耗。
参考文献：
[1]崔霞、赵兴强.基于物联网的住宅小区废品回收系统[J].电子制作2019(15).
[2]周鹏.物联网技术及应用研究[J].科学与信息化,2019(3).
[3]刘贝、张志强.智能回收箱控制系统设计[J].北京信息科技大学学报(自然科学版)2018(01).