无线智能垃圾桶

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【摘 要】现代人工作压力大、节奏快，人们越来越注重舒适、休闲的生活。我们设计了一种基于PIC18系列单片机为核心控制器的智能垃圾桶。

【关键词】PIC18F452；遥控；寻光；感应；太阳能

前言

目前市场上居家用的垃圾桶都是固定在某个位置的普通垃圾桶，可移动性差。随着人们生活质量的不断提高，人们对于构造舒适、休闲的生活的观念不断的加强。因此出现了感应式开盖的垃圾桶，从而避免了人与垃圾桶直接接触的机会。但垃圾桶更加人性化的领域还是空缺。

现代社会，环保、健康、娱乐、低碳日益受到重视，低碳产品的推广日益受到瞩目，而我们这个设计结合了以上的种种。当用户劳累了一天回到家里都不怎么想动了，这时如果要扔垃圾的话拿起旁边的遥控器一按，垃圾桶就会自动去到用户旁边。垃圾桶运动的过程中自动避障不会与家具发生碰撞，垃圾桶采用感应自动开盖，避免了人与垃圾桶的直接接触，使用起来方便且卫生。而内部电池的充电则由充电站负责，充电站采用了市电，和太阳能电池板灵活切换的方式充电。垃圾桶供电采用的是12V低压的蓄电池，安全可靠，极具推广价值。可应用于客厅，书房等领域。

1.总体方案设计

1.1 设计思路

设计一款具有可定向寻找控制者的移动垃圾桶，该垃圾桶可以用遥控进行控制、可定向寻找且具有防止人为操作失误导致垃圾桶与家具发生碰撞的功能，为了减少用户与垃圾桶直接接触的次数，垃圾桶具有感应式开盖、关盖和满载自动报警的功能。还具有自动寻找充电站，电量饱满时在充电站附近待命，电量过低时自动充电。充电站具有太阳能和市电自动转换功能，当太阳能不能满足充电时，自动转换到市电充电。最终做到节能、环保、智能、便捷等。

1.2方案设计

该垃圾桶通过遥控控制单片机的前进、后退，左转、右转。也可以一键定向寻找，只要对着垃圾桶按一下定向键，垃圾桶就会自动寻到用户的位置，并来到用户的旁边（垃圾桶过来过程遥控对向垃圾桶），这时再按一下定向键垃圾桶就停止运动，待使用者用扔完垃圾后，只需按一下返回键，垃圾桶就自动回到充电站附近继续待命。红外线传感器的作用是当垃圾桶在用户操作失误将要撞到家具的时候给中央控制系统发出信号，控制系统即使垃圾桶停止前进。当用户要扔垃圾时靠近垃圾桶，垃圾桶顶部的感应器向控制器发出信号，然后控制器控制垃圾桶开盖，微动开关的作用是当垃圾桶盖完全打开的时候向控制系统发出信号，控制系统检测到信号的时候即控制拉盖电机停止工作。当垃圾满了之后垃圾桶盖没有到位即装在垃圾桶盖边缘的微动开关没有闭合，这时控制系统发出满载提醒。垃圾桶由内部蓄电池提供，当蓄电池的电能显示不足时，垃圾桶自动充电。

图 1-1系统总控制图

图 1-2程序框图

1.3单元模块设计

设计可划分为电源模块，底部结构（行走模块），避障模块，无线遥控模块，电机控制桶盖部分，自动寻操控者模块，寻充电站充电模块。

1.3.1电源模块

内部由蓄电池供电，主要由太阳能电池板进行充电，体现新时代低碳生活。但是如果在特殊的情况下，比如连绵几天的阴雨天气，这时阳光强度低太阳能电池满足不了需求时就转为市电进行充电。这样的设计既环保又能满足用户的需求。考虑到垃圾桶在运行时的稳定性，本设计采用了电压的稳压模块，同时在调试的过程中考虑到L298会用到12V电源，和5V单片机电源，所以在调试过程中我们选择了蓄电池提供的电源经过L7812将电压稳定到12V后直接给电机供电，然后采用一片L7805把电压稳定在5V，给单片机和其他模块供电，其中L7812有二极管来防止回流。

图1-3 电源电路图

1.3.2底部结构（行走模块）

考虑到垃圾桶必须能够前进、后退、停止、行走时整体平稳、并能够灵活转向，最终选择了四轮的地盘，后轮为驱动轮。当左轮车速度高于右边电机的速度时，小车右转，反之左转。在垃圾桶前进时，左右两驱动轮与前面两个万向轮形成四支点支撑，从而使整体结构平稳。

图1-4 驱动电路图

1.3.3避障模块

当使用者控制垃圾桶往目的地前进时可能会因为误操作导致垃圾桶与家具或其它东西碰撞，因此在垃圾桶的前端安装了四个红外线传感器，当传感器探测到前方有障碍物时，控制系统做出判断，强制让垃圾桶后退，从而避免垃圾桶与障碍物发生碰撞。

图1-5 避障电路图

1.3.4 无线遥控模块

在垃圾桶底部安装了无线接收模块，当遥控器里的按键被按下，遥控器向接收模块发射信号，无线模块就在相对应的端口输出高电平，然后单片机扫描到高电平并做出相应的控制。从而实现了遥控前后左右行走的功能，这样就可以让使用者像玩摇控车一样的玩垃圾桶。

图1-6无线发射模块电路原理图

图1-7无线接收模块电路原理图

1.3.5定向寻找控制者

当用户想快速扔垃圾时，只需按下定向寻找键，垃圾桶就会迅速寻找控制者的位置，并来到控制者的旁边，它在通往控制者的过程中，会自动避障。使用完垃圾桶后，按一下返回键它就会自动回到待命点继续待命，听候你的使唤。

图1-8 定向寻找示意图

1.3.6电机控制桶盖部分

当用户需要扔垃圾的时候，只要把手靠近垃圾桶时垃圾桶盖上的传感器感应到就自动打开，减少了人与垃圾桶的直接接触的机会，既卫生又方便。实现的原理是在垃圾桶盖的前部安装红外线传感器，当人进入感应器感应的区域时，感应器输出低电平，然后这个信号传输到单片机I/O口，单片机就控制负责这个模块的电机工作，从而把盖子打开。当然离开那个区域后延时一秒就会自动合上盖子。（见图1-9）

1.3.7寻充电站模块

该模块采用了两个光电开关安装在垃圾桶的左右。工作原理：当垃圾桶在充电区域内时，它左右两边的光电开关感应到左右两边的墙壁，然后小车沿着墙壁行走，这时由左右两边的两个光电开关控制垃圾桶与墙壁保持平等前进。最后垃圾桶前面的光电开关感应到前面有障碍物时，原地旋转90度后继续前进，直至找到充电站并与充电触片接触并进行充电为止，同时垃圾桶停止工作。

图1-9 拉盖电机驱动电路图

图1-10感应器安装位置示意图

图1-11 充电站电路图

2.系统调试

2.1遥控控制

按下遥控器A，垃圾桶向前行走

按下遥控器B，垃圾桶后退

按下遥控器C，垃圾桶左转

按下遥控器D，垃圾桶右转

先按B再按C，垃圾桶后退左转

先按B再按D，垃圾桶后退右转

按下定向键，垃圾桶自动抵达控制者旁边

按下返回键，垃圾桶自动回到充电站附近

2.2物体靠近垃圾桶盖时垃圾桶自动开盖

3.创新点

3.1根据调查，市场上垃圾桶的设计无论从外观上还是功能上都在不断的完善，甚至已经具备感应式开盖，但是可以用遥控控制行走且有防碰撞功能的垃圾桶还没有出现，本作品走在市场的前列。

3.2在娱乐与实用方面有所结合，它既可以当摇控玩具车一样玩，也可以自动走到你跟前让你方便地扔掉手上的垃圾。它绝对满足了21世纪人们所要求的一物多用化。

3.3低电的时候垃圾桶会自动寻找充电站充电，并且充电站有防过充保护。

3.4太阳能板充电技术早已趋向成熟了，但是把太阳能充电技术应用于垃圾桶的的充电系统中也属首创。充电站不仅利用了太阳能，同时考虑到产品的实用性采用了太阳能和市电灵活切换充电的方式。

参考文献：

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作者简介：

刘勇，河源广播电视大学助理讲师，主要研究方向：电气自动化。