基于物联网的智能垃圾桶系统设计与实现-设计说明书

设计摘要：

本设计是基于物联网的智能垃圾桶，旨在有效解决垃圾分类与垃圾清理的问题。该智能垃圾桶采用了多种传感器模块，如压力传感器模块、GPS定位模块、人体红外模块以及超声波测距模块等，以实现对垃圾桶内垃圾重量、位置、高度以及人体通过情况的实时监测和数据采集。同时，该智能垃圾桶还配备了电机模块，可以模拟垃圾桶的开盖和关闭，当垃圾桶装满时不会自动打开，而是当有人靠近时才会自动开启，并通过语音播报告知人们垃圾桶已满。此外，该智能垃圾桶还支持WIFI功能，可以将采集到的数据上传至云服务器，同时也可以接收来自服务器发送的指令，实现更加智能化的垃圾桶管理。本设计采用了STM32芯片，具有较高的性能和稳定性，同时还支持GPS和人体红外等多种传感器模块，能够适应不同场景的使用需求。该智能垃圾桶的出现将有效提高垃圾分类和垃圾清理的效率，为城市环境卫生的改善和提升做出了重要贡献。

关键词：STM32单片机；智能垃圾桶；WIFI模块

内容预览：

摘　要

ABSTRACT

1　引 言

1.1 选题背景及实际意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题主要内容

2　系统设计方案

2.1 系统整体方案

2.2 单片机的选择

2.3 显示方案的选择

2.4 通信方案的选择

3系统设计与分析

3.1 整体系统设计分析

3.2 人体红外传感器

3.3 STM32F103C8T6单片机

3.4 DY-SV17F语音播报模块

4 系统程序设计

4.1 编程软件介绍

4.2 主程序流程设计

4.3 按键功能图

4.4 超声波测距模块

4.5 人体红外

5 实物调试

5.1 OLED显示实物测试

5.2 配网功能实物测试

5.3 自动模式下实物测试

5.4 WIFI模块实物测试

6 仿真调试

6.1仿真总体设计

6.2垃圾桶自动打开检测测试

6.3手动清理垃圾桶测试

6.4垃圾桶容量不足测试

结  论

参考文献

致  谢

1　引 言

1.1 选题背景及实际意义

随着城市化进程的加快和人口的不断增长，城市垃圾处理问题变得日益严重。传统的垃圾桶设计无法满足人们对高效、智能化的垃圾处理需求，导致垃圾分类不彻底、垃圾溢出、环境污染等问题频发。为了解决这一问题，本设计提出了一种基于物联网的智能垃圾桶。

该设计的目的在于提供一种智能化的垃圾桶解决方案，通过引入多种传感器模块和智能控制技术，实现对垃圾桶内垃圾重量、位置、高度以及人体通过情况的实时监测和数据采集。通过这些数据的采集和分析，可以更加准确地判断垃圾桶是否已满，从而避免垃圾溢出和环境污染的发生。同时，该智能垃圾桶还能够通过语音播报告知人们垃圾桶已满，提醒人们及时清理垃圾。

该设计的意义在于提高垃圾处理的效率和质量。传统的垃圾桶需要人工巡检和清理，效率低下且容易出现遗漏和误判的情况。而引入物联网和智能控制技术后，垃圾桶的监测和管理变得更加智能化和自动化，大大提高了垃圾处理的效率和准确性。同时，通过实时数据的采集和分析，可以更好地了解垃圾桶内垃圾情况，为城市垃圾管理部门提供科学依据，优化垃圾处理的策略和措施。

此外，该智能垃圾桶还具有良好的扩展性和适应性。通过引入WIFI功能，可以将采集到的数据上传至云服务器，实现远程监控和管理，为城市垃圾管理部门提供更加便捷的数据获取和分析手段。同时，该设计还支持多种传感器模块的应用，可以根据实际需求进行灵活配置和扩展，满足不同场景和环境下的垃圾处理需求。

综上所述，基于物联网的智能垃圾桶设计的出现，解决了传统垃圾桶设计存在的诸多问题，提高了垃圾处理的效率和质量，促进了环境保护的意识。该设计具有重要的实际应用价值和社会意义，为城市环境卫生的改善和提升做出了积极贡献。

1.2 国内外研究现状

智能垃圾桶作为近年来新兴的科技产品，吸引了国内外许多研究机构和企业的关注。在国内，智能垃圾桶的研究和开发工作已经取得了一定的进展。例如，清华大学的研究团队设计了一款基于物联网的智能垃圾桶系统，可以实现垃圾分类、垃圾容量监测和垃圾桶状态显示等功能。该系统利用嵌入式技术和传感器技术，通过物联网平台实现对智能垃圾桶的远程监控和管理。此外，国内的一些企业也积极推进智能垃圾桶的研发。比如，阿里巴巴集团联合合作伙伴推出了一款名为“云垃圾桶”的智能垃圾分类系统。该系统利用AI技术和云计算技术，对垃圾进行识别和分类，并通过智能垃圾桶实现自动开盖和自动分拣。该产品已经在实际使用中取得了良好的效果。

王智群，张婉晴等（2020）以STC89C52RC为核心,红外传感器检测人们与桶盖的距离,单片机控制舵机实现自动开盖与自动关盖;语音模块对人们发出的指令识别,可以实现垃圾桶在短距离的移动,主动"收取"主人的垃圾,不仅解放主人的双手,还可以节约人们在去回垃圾桶的短距离移动消耗的时间[2]。

张宗帅，孙吉檀（2021）设计的智能垃圾桶控制系统采用STC89C52单片机核心,同时外围搭配红外检测模块,继电器驱动,金属检测模块,物体位置检测模块及蓝牙报警模块,以通过此系统能够准确判断用户和垃圾的所在位置,完成对垃圾的分类,以及桶内垃圾装满时可通过蓝牙报警给管理员提供信息,充分表现出现代家具的智能化和人性化[3]。

为了解决垃圾清理不及时,垃圾桶不能物尽其用的问题,孟心涛，赵富琦等（2022）设计了一个智能垃圾桶监管调控系统.系统采用物联网技术,以红外测距及重力感应器为主体,可以对桶内垃圾容量进行实时监控以便及时调派清洁人员.通过硬件与软件的结合完成通信互联监管调控系统,并对收集的数据进行分析,利用蚁群算法推测人流量和清洁车的最优路径,实现了在不增加垃圾桶的情况下,进一步削减清洁人员清理次数[4]。

在国外，智能垃圾桶也受到了广泛的关注和研究。例如，美国的一家创业公司设计了一款名为“Bin-e”的智能垃圾桶系统。该系统通过视觉识别技术和机器学习算法，可以对垃圾进行自动分类和分拣。该产品已经在多个国家的机场、办公楼和商场等场所得到了应用。此外，日本也是智能垃圾桶研发方面的先行者之一。日本的一家公司推出了一款名为“Smart Can”的智能垃圾桶系统。该系统利用传感器和控制器，实现了垃圾容量监测和自动开盖等功能。用户可以通过手机APP远程监控垃圾桶的填充程度，并及时接收到提醒。

为避免出现公共垃圾桶没有的到及时清理问题，请保持环境清洁并创造健康的环境。超声波传感器检测垃圾桶中的垃圾量。 Karthik M , Sreevidya L , Devi R N ,et al（2021）为城市卫生创建了一个低成本的嵌入式设备，允许网络服务器跟踪每条街道的位置。判断垃圾箱是否装满很简单。一旦液位达到某个预设的最大限制，信息就会自动发送到箱收集器。垃圾收集者将使用互联网访问他们的手机，并立即采取行动清理城市[5]。

Moore C R（2021）研究了一个垃圾桶;垃圾容器包括外壳、真空吸尘器、盖子、至少一个开盖装置、控制器和电源。在一些实施例中，垃圾容器包括碎纸机、语音命令单元、动力系统、用户显示器和容量传感器。垃圾容器为用户提供了一个改进的垃圾容器，能够使垃圾收集和处置变得更加容易和方便[6]。

与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。

1.3 课题主要内容

本设计基于单片机的智能垃圾桶的系统软件。系统软件由STM32最小单片机，HC-SR04超声波测距模块，压力传感器、GPS模块、人体红外模块，步进电机、WIFI模块和语音播报模块设计等，并具有单独的功能键控制模块一起形成。主要设计内容如下：

1，压力传感器模块采集垃圾重量数据；

2，GPS定位模块采集垃圾桶所在的经纬度数据；

3，人体红外模块检测人体并返回是否有人通过的数据；

4，超声波测距模块采集垃圾桶堆积的高度；

5，电机模拟垃圾桶开盖，当垃圾桶装满时不自动打开当有人靠近时并且语音播报：垃圾桶已满；

6，WIFI 将数据上传至云服务器，也可以接收来自于服务器发送过来的指令。

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