仇浩杰 张保海
（武威职业学院，甘肃 武威 733000）
摘 要：现阶段市场上现存的家用小型室内垃圾桶多种多样，而室外公共场所的多功能智能垃圾桶探究少之又少。在校园内师生数量庞大，产生的废弃垃圾自然也非常多，但当前校园内垃圾桶为敞开式，同时散发出难闻的气味，相反则是关闭的，需要大家拉开垃圾桶翻盖。当垃圾装满之后也不具有提示功能，结果导致垃圾肆意外露。因此，设计研发了太阳能校园智能垃圾桶，其应用绿清洁能源供电，且具备非触摸式垃圾桶，此研究成果完美解决了公共卫生难题，全面提高了校园环境整洁度，也提升了师生的生活品质。
关键词：太阳能；校园智能垃圾桶；设计；研究
现如今，要想给师生带来便捷美好的校园生活，则需设计一款能够化解垃圾桶四周脏乱差难题的校园智能垃圾桶。经过硬件模型设计、硬件电路调式，便可组成简易太阳能校园智能垃圾桶测试模型。此垃圾桶氛围手动与自动模式，其使用清洁能源太阳能供电。另外，校园智能垃圾桶设置有检测桶内残留空间，一旦垃圾桶被填满，在发出需要清除的提示音，同时具备夜间照明功能，烟雾检测及其声光报警功能。最终完美的智能垃圾桶来服务于全校师生日常生活。 抗震床
1 智能垃圾桶设计方案
通过STC89C52RC单片机小系统、人体检测模块、烟雾检测模块、GSM通讯模块、桶满检测模块、驱动电路与步进电机、数字时钟、按键电路、照明路与声光报警电路等构成了太阳能智能垃圾桶系统。此系统基本原理是：人体检测模块感受到人体，随后给单片机传送高电平信号，通过内部处置后给出脉冲信号到驱动器，之后驱动步进电动机旋转，从而将齿轮机构拉动垃圾桶桶盖，角度实现九十度暂停。随后感受到人体远离时，则单片机传送低电平信号，导致下行电动机反转，从而将齿轮机构拉动垃圾桶盖闭合。超声波测距离模块则检测垃圾桶有没有堆满，一旦满了会给单片机给出信号，随后借助GSM通信模块通知有关人员信息，尽快清扫干净。烟雾检测模块主要目的就是检测桶内有没有烟雾超出标准，一旦超出范围则会提示四周人员，且经过GSM提醒有关人员及时处置，防止发生火灾、此外，设计了手动操控按键，用来操控垃圾桶开启与闭合，同样时间按键信号传送到单片机，随后传出脉冲控制步电机旋转从而来完成。 2 智能垃圾桶结构设计
此次研发的太阳能校园智能垃圾桶长宽高为500mmx500mmx1300 mm。太阳能电池板倾斜角度为45度，且处于垃圾桶正上方，通过一支钢管撑起来，且经过钢管穿线将太阳能转变为电能回传至垃圾桶内部。垃圾桶前方有数字时钟设置，且上方位热释电人体传感器，且有三个按键，具体是打开、关合
与复位按钮，旁边有指示灯与蜂鸣器。且在左下方有USB接口，同时垃圾桶垂直四周有彩LED灯带。此外，垃圾桶设置有内筒，且容量巨大，可由侧面打开，直接将内桶取出随后倾倒垃圾，同时将侧门锁住。而电机及其齿轮减速机构装置在垃圾桶端口与桶盖交汇处，烟雾检测传感器和超声波测距模块装置在垃圾桶进口内侧壁上面。
3 智能垃圾桶硬件电路设计
3.1电源模块
整体要5V电源从太阳能电池板以及转换电路来支持智能垃圾桶，电源框采取一块50W5V多晶硅太阳能电池板，长度640mm，宽度540mm。且输出端要焊接稳压器方可使用。毕竟太阳能电池输出电压会依据太阳光强弱产生变动，因此不可直接带负载。此外，需以45度倾斜角经过铁管支撑在垃圾桶上面，太阳光强时，稳压器输出电压，给垃圾桶供电，且将电储存在锂电池内。待无阳光或晚上时，蓄电池放电给垃圾桶提供电源。
3.2人体检测模块
此模块采取热释电人体传感器，此传感器为三个引出端，具体为：VCC、GND与OUT。而热释电人体传感器检测到人体时，OUT输出3.3V高电平，相反无检测至人体时，则OUT端输出0V。单片机依据P
2.7引脚高低电平来判断有没有人体靠近垃圾桶，经过程序控制电机模块，从而完成垃圾桶桶盖的开合。
3.3电机驱动模块
电机应用的为4相5线步进电动机，且步进电机驱动器ULN2003。在手动按下开启垃圾桶桶盖时，单片机引脚P2.0至P2.3依次发出脉冲时，步进电机正转，且联动齿轮机构开启垃圾桶盖。在手动按下关闭键或者人体离开5秒之后，单片机引脚P2.3至P2.0依次发出脉冲时，步进电机反转，且联动齿轮机构闭合垃圾桶盖。经过控制单片机脉冲频率和脉冲个数从而完成垃圾桶盖闭合的速率调整，跟桶盖的开合角度。
3.4烟雾检测模块
工业数据采集控制
此模块为烟雾传感器MQ2和比较器LM393构成，烟雾传感器MQ2来检测烟雾浓度，且增大时MQ2的4引脚电压上升，4引脚电压送入比较器LM393反向同名端2引脚，当2引脚电压大于3引脚电压时，LM393输出低电平给单片机引脚，相反当2引脚电压小于3引脚电压时，则LM393输出为高电平给单片机引脚。调整10K滑动变阻器，能够调整比较器门槛电压，进一步调整了烟雾报警输出的灵敏度设置数值。一旦垃圾桶烟雾超出设置数值，单片机引脚接收至低电平信号则会开启提示，且通知相关人员及其四周人员，使其尽快采取相应措施。
led天花灯电源3.5桶满检测
此经过超声波测距模块检测且核算桶内残留空间来完成的。具体应用HC-SR04超声波测距模块，且支持2cm至400cm非接触式距离感测功能。具体有四个引脚为Vcc、 GND、Trig （控制端）、Echg （接收端）。其供电电源是5V，Trig端与Echg端接单片机I0引脚，在单片机给Trig大于10us的高电平信号，此模块内部则发出8个40kHz方波，Echg 则变为高电平，其启动定时，8个40khz 方波信号被物体反射回来传递接收端接收到，Echg 则变为低电平，定时关闭。Echg 端高电平连续的时段也是超声波由发射至返回的时段，在测试间距小于等于5cm时，则判定垃圾桶已满，随后通知相关人员，尽快采取措施清洁垃圾桶。
总结：
总之，此款节能环保校园太阳智能垃圾桶，完全实现了清洁校园公共环境的目的。且通过非接触式投放，具备了桶内垃圾监测、烟雾报警功能，自带数字时钟和USB接口，完成夜晚LED灯带照明，同时清理人员倾倒垃圾方便。此外，此垃圾桶不但改善了校园环境，且提升了环境安全性、便捷性与舒适性，全面提升了师生生活品质。同时具备安全性与经济性，不需WIFI环境，操控便捷，能适应各种环境，将来可大范围普及应用。
参考文献：
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[3]马晗旭，刘忠富，刘子洋，等.太阳能供电的智能垃圾分类处理太阳能手机充电器
智能热量表系统设计[J].自动化与仪表，2020（8）.
作者简介：
鼠标跟随仇浩杰（1998—），男，汉族，甘肃武威人，大专学生，研究方向：焊接技术及自动化；
张保海，男（1990—），汉族，甘肃武威人，硕士，讲师，研究方向：焊接技术及自动化。
课题：太阳能智能垃圾桶，课题编号：201912。
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