摘 要：針對傳統垃圾桶存在接觸式感染隱患以及露天放置和垃圾處理不及時等會影響環境衛生的問題，設計了一款基于Arduino單片機的智能垃圾桶，系統由主控模塊、通信模塊、高度檢測模塊、自動開蓋模塊、語音播放模塊、電源模塊以及顯示模塊組成。該系統能夠很好地實現對特定范圍內垃圾桶的實時監測和特殊情況報警，并在人們扔垃圾時發出語音提示，提高人們的環保意識。用戶或環衛部門可以通過微信小程序實時了解智能垃圾桶的位置及狀態，及時進行處置，減輕了環衛工人的負擔和提高了工作效率;系統的自動開蓋功能可以降低人們接觸垃圾帶來的感染風險，一定程度上切斷細菌的傳播。

　　關鍵詞：公用;智能;垃圾桶;自動開蓋;小程序;實時

　　0引言

　　垃圾的處理問題已經成為全球性問題[1]。隨著人工智能技術的成熟以及人們生活水平的提高，人們也愈發追求智能化的生活。智能家居、智慧城市發展迅速，而垃圾桶作為生活中不可缺少的工具之一，并未隨著智慧城市的發展而得到快速改進，很多公眾場所仍然使用著傳統的大型垃圾桶。傳統垃圾桶露天放置，裝滿后若不及時清理，容易散發異味和滋生細菌，甚至污染環境[2-4]。

　　目前，市面上出現的智能垃圾桶，如自動翻蓋垃圾桶[5]、踢碰感應垃圾桶、自動報滿垃圾桶[6-7]，它們功能單一、價格昂貴，而且適用范圍小，大多只滿足于家用。針對以上問題，本文設計了一款基于智能化管理的公用垃圾桶。該智能垃圾桶以Arduino作為主控，結合一系列傳感器感知垃圾桶的狀態信息，通過ESP8266模塊將狀態信息及時上傳到服務器，環保部門可以通過微信小程序實時查看垃圾桶的信息，若垃圾桶裝滿而產生溢出或桶內溫度過高、桶內起火等情況則自動報警。

　　1系統構成

　　本設計主要具有定位、自動開蓋、語音提示、判斷垃圾桶是否裝滿等功能。單片機通過ESP8266模塊將垃圾桶的編號、狀態等信息與服務器進行數據交互，微信小程序獲取服務器的數據后在用戶端顯示狀態信息。用戶或環衛部門可以通過訪問微信小程序得知垃圾桶狀態，并且可以統籌規劃特定區域內垃圾桶的擺放。

　　2硬件設計

　　系統硬件主要以Arduino單片機作為主控，主要由太陽能充電模塊、紅外檢測模塊、通信模塊、高度檢測模塊、溫度檢測模塊、語音播放模塊等組成。系統以單片機微處理器為主控芯片，結合人體紅外傳感器和機械電子驅動系統實現垃圾桶蓋自動開啟[8]。利用桶內置溫度傳感器和桶蓋上超聲波模塊檢測垃圾桶的狀況，若超過預定的閾值時，垃圾桶自動開啟功能失效并觸發報警功能。通信模塊定時將垃圾桶的狀態信息上傳到服務器，顯示模塊顯示垃圾桶內溫度及內部空間情況。用戶可以通過微信小程序查看垃圾桶的狀態信息。當智能垃圾桶內置鋰電池電壓不足時，太陽能電池板自動對鋰電池進行充電，滿足垃圾桶的用電需求[9]。

　　2.1自動開蓋系統

　　垃圾桶的自動開蓋系統是由人體感應模塊、超聲波模塊以及電機組成的機械驅動系統。通過超聲波高度檢測模塊檢測垃圾桶內部的空間，當桶內空間充足，單片機獲取人體感應模塊返回的信號為高電平時，控制繼電器帶動電機正轉，實現開蓋。若單片機獲取安裝在垃圾桶內部邊沿的紅外接收器返回信號為低電平時，說明垃圾已正確投放，控制繼電器帶動電機反轉，實現合蓋;若檢測不到紅外接收器返回的低電平，則延時一定的時間后，進行合蓋操作。當內部空間不足時，不進行任何自動開蓋操作，同時短信通知用戶及時清空垃圾桶。

　　2.2語音播放模塊

　　本系統的語音播放模塊采用集單片機和語音電路于一體的可編輯語音芯片WT588D，可通過配套軟件WT588DvoiceChip實現語音組合播放、插入音樂等功能，設計時通過拉高WT588D的I/O口進行初始化，根據需要拉低某一引腳即可播放相對應的語音。

　　2.3定位

　　本設計采用ATGM332D北斗和GPS雙模定位模塊，該模塊具有成本低、體積小等優點，通過模塊輸出的數據可以獲取北京時間、經緯度、海拔高度、速度和航向等常用的基本信息，還可以獲取當前的定位質量和定位模式、連接的GPS系統衛星數量和北斗系統衛星數量[10]。

　　當在室外公共場所進行定位時，大概需要1min左右的時間便可以獲取垃圾桶所在位置數據;根據分析返回的數據幀獲取當前的經緯度信息，通過通信模塊將經緯度信息上傳到服務器;微信小程序利用騰訊地圖的逆地址解析，在地圖上標志當前的位置信息。

　　3軟件設計

　　3.1系統軟件

　　系統初始化后播放開機語音，并進行系統聯網和定位。當溫度正常、內部空間足夠時，若有人靠近，執行自動開蓋功能和語音播放功能;若溫度過高或者內部空間不夠，則不開蓋并執行相對應的報警功能。系統定時上傳智能垃圾桶內溫度、內部空間情況以及定位信息到服務器。

　　3.2APP設計

　　利用巴法云發布訂閱模式設置好主題，通過ESP8266模塊向設置好的主題發送消息，已訂閱該主題的微信小程序會實時收到信息，顯示出智能垃圾桶的狀態信息。

　　4結語

　　本文基于傳統公共垃圾桶的使用現狀，提出了一種基于SIM800C的公共智能垃圾桶的設計方案，對其軟件和硬件進行了設計制作和調試。測試結果表明，該垃圾桶具有語音播放、自動開蓋、裝滿報警、實時監控等功能，功能多樣、定位準確，有利于對公共垃圾桶的智能化管理和環境衛生治理。計劃下一步在實現垃圾分類、對可回收垃圾進行有效處理等方面做更深入的研究。

　　參考文獻

　　[1]李淼鑫，胡俊峰，劉炎楊，等.互聯網+智能垃圾桶設計[J].電子測試，2021，3(3)：85-86.

　　[2]孫毅敏，宋余君.基于STC15F2K60S2單片機的智能垃圾桶的設計與實現[J].物聯網技術，2021，11(2)：58-60.

　　[3]胡煜，王勛，陶銘.基于NB-IOT的智能垃圾桶系統設計與實現[J].物聯網技術，2021，11(5)：96-98.

　　[4]賴澤長，鄭錦輝，李兵.一種智能環衛垃圾桶的設計及其應用[J].電腦知識與技術，2017，13(6)：207-208.

　　[5]楊咸啟，夢偉，解文辰.基于單片機的多功能垃圾桶設計與試驗[J].黃山學院學報，2020，22(3)：24-28.

　　[6]陳春先，曲鳴飛，張麗，等.基于單片機的辦公桌智能垃圾桶系統設計[J].中國新通信，2020，22(2)：119-120.

　　[7]劉曉蒙，趙立強，李偉.一種新型智能垃圾桶的設計[J].物聯網技術，2019，9(9)：79-81.

　　[8]辛政華，路紅梅，胡良益，等.基于物聯網的智能垃圾桶系統設計[J].儀器儀表用戶，2011，18(6)：37-39.

　　作者：吳偉烈，劉如軍