梁金媚 张新娜 李叶培 罗璐瑶 刘锋 秦玉江通讯作者
桂林电子科技大学，广西壮族自治区 桂林 541004
摘要：基于“物联网”技术的智能垃圾桶，以物联网技术为核心，主要由红外线传感器模块，无线通信模块，金属检测模块，电块，稳压模块，太阳能发电模块等6大模块构成。该项目产品弥补了市场上各类普通垃圾桶在智能化方面的不足，实现了垃圾桶的自动感应、自动充电、自动发射定位、自动预警以及自动杀菌除臭的功能，给用户带来良好的使用体验的同时，响应了国家“绿色、环保”的号召。
关键词：“物联网”技术；红外线传感器；太阳能发电；自动发射定位
目前，我国的城市生活垃圾每年可达到1.6亿吨，且这一数值还在以每年8%-10%的恐怖速度增长。因此，装载垃圾的载体——垃圾桶在我国有着广阔的市场空间。但是目前国内垃圾桶设计与国外相比还存在差距，由于经济方面的制约和国民整体环保意识的不足，国内垃圾桶造价低廉，设计十分简单，使用寿命较短，在设计方面也未注重垃圾分类需求；而且大部分为开放式垃圾桶，垃圾桶周围环境恶劣，缺少对人机工程学的运用。除传统垃圾箱外，我国市场上也出现了不同种类的智能垃圾箱，例如有利用人手挡住传感器发出的电磁波或者不可见光等，通过集成芯片检测到并且控制垃圾箱的盖子打开或者关闭。虽然这些垃圾桶可以实现不用手开关，但是距离真正的智能化还是有一定的差距。
相比而言，国外对垃圾桶的设计研究较为深入，一些发达国家如德国、美国、荷兰、日本等，很早就实现了垃圾分类处理，这些国家的垃圾桶甚至可以细分为很多种类，并将电子技术运用到了垃圾桶上。但是往往由于成本过高等原因，这些国家的智能垃圾桶未能大量投入使用。因此生产制造一种集自动感应、自动充电、自动发射定位、自动预警以及自动杀菌除臭的智能垃圾桶既能响应国家推行垃圾分类的号召，保护环境十分有必要。
一、智能垃圾桶系统结构说明
产品核心模块包括红外线传感器模块，无线通信模块，金属检测模块，电动驱动模块，稳压模块，太阳能发电模块。其基础具体工作过程为通过热释电红外线传感器感应有垃圾投入信息，并将此信息传递给单片机，单片机接收信息并调用电机驱动模块转动
二、硬件设计
（一）感应模块
感应部分采用红外线感应，它能够在人的手或物体接近投物口约15cm时，垃圾桶自动开盖，等垃圾投入完毕，垃圾桶桶盖又自动关闭。
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图1人体感应模块原理图
（二）金属检测部分
通过电流传感器利用导电物体在接近电磁场开关时，使得物体内部产生涡流，根据涡流反作用到接近开关。使得开关内部电路参数发生变化，进而控制开关的通和断。
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图2电流传感器电路图
（三）电机部分及驱动
此部分采用步进电机为本次项目的核心动力系统，电机部分采用部分零件高耐压，大电流复合晶体管阵列，内部包含通道逻辑驱动电路，采用封装。此类处理可保证在极低电压下它可实现与其他电路相连。可以直接处理根据标准逻辑缓冲来处理数据。
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图3电路驱动电路图
三、产品结构与优势
（1）该系统运用无线通信和红外线通信，遥控器端的发射器和垃圾桶端的接收器经过对电磁波的调制解调过程完成信息的传输功能，达到对机械设备开关的控制功能。当检测到人体靠近垃圾桶时，红外线发射，接收器则通过对红外光波的调制过程达到信息的传输过程，达到控制开关的目的。
（2）通过超声波模块HY-SRF05检测垃圾含量，利用NRF24L01（NRF24L01数据手册）的多通道接收模式，实现各点垃圾桶信息的无线传输，比如垃圾桶是否装满等信息，判断桶内垃圾是否已满并需要立即清理，若需要立即清理则通过无线通信将信息发往处理中心进行通知，这样有利于绿色环保。
（3）垃圾桶内还可通过正负离子发生器和紫光灯进行杀菌除臭功能。对于保持垃圾桶内清洁卫生起到重要作用。
（4）制作一个总部控制窗口，可以通过电脑实时监测各点垃圾桶报警提醒信息。
图4“垃圾桶”原理图
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四、市场分析
早在2016年召开的国务院常务会议上，国务院总理就把城市垃圾处理作为一个重要问题加以研究探讨，而2017年，中国国家发展改革委、住房城乡建设部共同发布了《生活垃圾分类制度实施方案》,为中国的生活垃圾分类制度的实施制定了路线。垃圾的投放工作越来越被重视。鉴于目前我国人们环保意识薄弱以及对垃圾分类投放知识的缺乏，如今垃圾分类处理变得十分困难。目前市场上的垃圾桶多是用脚压或者是开放端口的垃圾桶。人们在使用这些垃圾桶丢置垃圾时都不可避免要与其接触，不能满足高品质的工作和生活需要。在计算机和各种传感器技术高速发达的今天，各种智能仪器仪表、自动化设备也开始进入到人们的日常生活中。各种智能机械设备也为人类节省了不少人力、财力。根据分析数据显示，国内一个100万人口的城市，垃圾桶销量在20多万左右，市场份额不低于2000万。充分表明智能垃圾桶作为生活的必需品属于循环消费其市场空间巨大。根据相关数据研究网站最新发布的预测，2019中国环保需求市场容量达到92亿美金，市场预计将在2020年增长至130亿美金。据调查，中国环保需求市场中，环保产品在2019年占据了占据整个环保市场近43%的市场份额。这个比重预计将在今后四年内迅速提升。预计在2022年，环保产品的市场销售额将会是2019年的两倍以上。中国环保行业专业评论到：“越来越多的智能环保产品在环境保护投入更多的使用，创造更多的环保价值。
就本项目产品而言，面向市场广泛，该产品作为日常必须品，可推入公共领域，如酒店、家居用品、餐饮等多项行业。中国的行政区域基本分为省（自治区、直辖市、特别行政区）、县（自治县、市）、乡（镇）三级，中国总计有34个省级行政单位，23个省，5个自治区，4个直辖市和2个特别行政区，每个地区都必要安置数量庞大的垃圾桶数额，因此市场广阔。
参考文献：
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[2]郭宇,徐建军,赵河明,彭志凌,曹梓育.基于Arduino控制器的智能垃圾桶设计[J].兵工自动化,2018,37(03):36-38.
[3]熊凤,罗谧,代旺旺,杨荣.一种基于物联网的智能行走垃圾桶的设计[J].电子制作,2019(07):42-45.
本文是2019年国家大学生创业训练“基于‘物联网’技术的智能垃圾桶”（项目编号：）项目成果.