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基于物联网的智能垃圾称重系统设计

摘要

在现代每天都会制造大量生活垃圾，大部分垃圾能得到无害化处理，例如焚烧、填埋、堆肥等，但在欠发达地区有些垃圾被随意处理，导致蚊虫滋生、臭气蔓延，不仅给城市管理带来了不便，同时也危害当地居民的身体健康。

随着科技发展，物联网日渐得到广泛应用，本课题通过RFID及物联网技术让生活中的垃圾桶管理实现智能化，提高人们的环保意识，从源头上减少生活垃圾排放。

本设计选用深圳市银尔达电子有限公司SmartKIT-ESP评估板作为核心控制器，板载STM32F103C8T6、ESP8266模组等硬件资源。采用HAL库开发来控制MFRC522射频卡、HX711称重器、步进电机ULN2003及继电器等硬件模块，将用户信息及垃圾数据上传至机智云平台。系统模块分别实现用户识别、自动开盖、垃圾称重、数据上传等功能。测试表明垃圾重量测量值与实际值差值小于0.8x10-3kg,实现了用户实时查看垃圾重量数据的功能。

关键词：物联网智能垃圾桶STM32F103C8T6HAL库机智云

1前言

1.1研究背景和主题意义

随着全世界乡镇城市化进程不断加快以及经济飞速发展，国内外人们制造的生活垃圾总量日渐增加。生活垃圾过多的问题给城市管理造成了相当大的麻烦。

2007年我国许多城市面临“垃圾围城”困境，台北市每天制造垃圾约为1200t，乌鲁木齐市每天制造生活垃圾约为2300t，苏州市每天制造生活垃圾约为3100t（何晟等，2008；邵华伟等，2009；谭文柱，2011）。可见生活垃圾具有十分庞大的总量，其对各个城市的发展具有一定的不利影响（罗宇东，2014）。

垃圾分类是解决城市垃圾管理难题有效措施，垃圾分类的目的是为了将生活垃圾进行分流处理，最大限度地提高生活垃圾的利用率。垃圾桶是垃圾分类的第一环，在城市街道中处处可见。目前国内城市主要投放的垃圾桶为传统垃圾桶，功能较单一，存在明显的缺点。部分常见的传统垃圾桶如图1所示。

图1部分常见的传统垃圾桶

目前传统垃圾桶分类功能不明显，大大降低了垃圾的利用率。而且垃圾是否实现正确分类完全依靠人们的自觉；部分带盖垃圾桶需要通过手提或者脚踏的方式实现开盖，无法避免人们与垃圾桶的直接接触，存在一定的卫生隐患。

由于传统垃圾桶存在着诸多问题以及物联网技术的兴起，智能垃圾桶渐渐进入大众的视野。相较于传统垃圾桶，智能垃圾桶能够实现自动开盖、垃圾称重、垃圾分类等功能，现阶段的智能垃圾桶仍然存在诸如使用价格高昂、自动开盖损耗较高、垃圾分类不够智能等不足之处。

1.2国内外发展现状1.2.1国内发展现状

国内智能垃圾桶的出现时间相较于国外稍晚，功能较单一，控制较简单，主要分为感应性垃圾桶、太阳能垃圾桶与商业广告垃圾桶三类。

感应垃圾桶解决了需要人体直接接触垃圾桶盖才能投放垃圾的问题，采用超声波感应技术或红外测距技术控制垃圾桶桶盖的自动开闭。然而垃圾桶自动开关盖功能的机械耗损程度极高。超声波感应开盖垃圾桶如图2所示。

图2超声波感应垃圾桶

太阳能垃圾桶主要的特点是可以将垃圾的体积缩小以及实现垃圾的全封闭，能有效抑制垃圾的气味溢出。这种垃圾桶节能，更适用于有阳光的地方。

商业广告垃圾桶具有一定的商业价值，但没有实现真正意义上处理垃圾的功能（朱莹，2019）。同时具有太阳能和商业广告功能的垃圾桶如图3所示。

图3兼备太阳能和商业广告功能的垃圾桶

1.2.2国外发展现状

随着世界经济的逐步发展，人们的环保意识不断增强，当今时代的垃圾桶是集科技与环保于一体。世界最早的太阳能垃圾桶于2006年出现在美国纽约街头，如图4所示。利用太阳能发电驱动垃圾桶系统，并将多余的电量存储

到储蓄电池中。

到储蓄电池中。

图4国外最早的太阳能垃圾桶

在21世纪初，智能垃圾桶有了进一步的发展，出现了声控、红外线、重量感应等功能。为实现上述智能垃圾桶功能，CleanRobotics研制了一款名为Trashbot的全自动分类智能垃圾桶，如图5所示。

图5Trashbot原型机

自动化是目前智能垃圾桶的发展趋势。但Trashbot的价格十分高昂，达到了5000美元，不适合大规模投入城市管理使用（物联传媒，2018）。

通过研究国内外现状可知目前对于垃圾桶的“智能化”、“自动化”研究十分丰富，智能垃圾桶的发展虽然已经经历了一段时间，但仍然存在许多实际问题需要解决，例如：细菌堆积、容量有限、污水处理等。

1.3主要工作内容

本课题设计一套智能垃圾称重系统，其使用场景为：当用户要投放垃圾时，使用IC卡进行身份识别。系统识别通过则打开垃圾桶盖，用户将垃圾投放至垃圾桶，垃圾桶内置的传感