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单片机的新型智能垃圾桶设计研究

作者：姜蕃杨旭毕艳葵

来源：《理论与创新》2018年第12期

摘要：文章提出了一种新型智能垃圾桶的设计方案。采用基于单片机的智能化红外感应

控制系统、无线通信系统，实现自动开关桶盖并调节开盖角度、遥控垃圾桶走动、智能封袋的

功能。与传统智能垃圾桶相比较，功能性更强，智能化程度更高。

关键字：垃圾桶；红外感应；无线数据通信

对于“智能垃圾桶”这个名词，相信大家已不陌生，现在市场上已出现一种技术成熟的智能

垃圾桶产品。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。虽然该产品已不需用手直接接触垃圾桶桶盖，但要真正使垃圾桶

实现智能化，这还只能算是第一步。由于这种垃圾桶的功能还比较单一，并且直接开关盖这一

功能机械耗损程度较高，所以还有许多需要改进的地方。现在，许多发达国家如美国、英国都

致力于研究新型智能型垃圾桶，使垃圾桶具有多项智能型功能。本文提出了一种实用型智能垃

圾桶的方案，这种垃圾桶能够调节开盖的角度，控制垃圾桶走近消费者、遥控封袋，从功能方

面更侧重于在生活细节上为消费者带来便利，卫生、环保、健康。

新型智能垃圾桶的系统1组成及功能

新型智能垃圾桶的系统结构如图1所示。

该系统运用了两种相互独立的通信方式：无线通信和红外。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，达到对机械设备的控制功能。当人体

接近垃圾桶时，红外发射、接收器则通过对红外光波的调制解调过程，完成信息的传输，达到

控制的目的。

传统的垃圾桶通过红外感应装置实现了自动感应开盖的功能，但考虑到主妇在厨房做事

时，会时常走动。若平凡出入垃圾桶检测有效范围就会导致垃圾桶时开时闭，机械的磨损程度

显然就会增大，造成垃圾桶故障率的提高或使用寿命的缩短。这里，外设一个遥控器，通过无

线通信子系统向桶内的接收器传达信号，使垃圾桶的翻盖如同家用空调般在一个角度固定，就

可解决以上问题。同时，遥控器的应用还实现了控制垃圾桶移动到用户面前，自动开盖，垃圾

装满时自动封袋等一系列动作。

智能垃圾2筒的硬件结构及工作原理

遥控2.1器

遥控器的结构如图2所示。

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无线发射模块TX5000，是RFM公司的短距离高频无线发射专用芯片，其无线发射频率

是433.92MHz，符合智能垃圾桶的无线通信要求。

键盘把带有特定功能的指令数据输出，通过扫描电路识别输出到通信控制器上；系统采用

Philips公司的P89C51RA2单片机作为通信控制器，其主要作用是获取扫描电路得到的键盘指

令数据，并按照一定的通信格式进行编码，然后通过串口发送到发射模块TX5000上，最后通

过发射天线输出。方案中单片机处理后的信息通过串口通信来输出，通信采用57600bit/s的串

口传输率；通信模块TX5000工作于ASK调制方式上，并使用115.2kbit/s数据传输率来增大

传输带宽，提高通信可靠性。

无线接收器和智能垃圾桶的内部结构和工作原理2.2

智能垃圾桶的无线接收器和智能垃圾桶的内部结构如图3所示。

垃圾桶端装有无线接收器，用来接收无线发射器发射过来的高频信号。RX5000的频率是

433.92MHz的短距离高频无线接收专用芯片，工作于ASK调制方式上，具有l15.2kbit/s的数

据传输率。用来接收无线发射器发射过来的高频数据。然后，通过波特率为57600bit/s的SCI

模块把数据送到MEGA8单片机上，完成无线接收过程。MEGA8微处理器主要负责接收数据

和数据解码处理。垃圾桶的控制翻盖角度，移动，封袋的功能都是在这种通信模式下通过控制

指令放大驱动来完成的。

红外发射部分发射经过调制后载有测量信号的红外光波；如果有人靠近光电接收管，则红

外光波受到人体的反射，反射回来的红外光波由光电接收管接收，然后经由单片机进行处理。

单片机做出智能化控制决策，输出控制指令。控制信号经过控制信号放大与驱动环节之后驱动

执行机构。