基于STM32控制的自动分类垃圾回收箱设计

基于STM32控制的自动分类垃圾回收箱设计
文章主要介绍了基于STM32控制的自动分类垃圾回收箱的概要设计，该设计使用STM32进行控制，结合传感器、键盘、太阳能板、LED光源、GSM模块及进步电机等器件完成。

自动分类垃圾回收箱设计的提出，对于未来智慧城市、生态城市的建设有重要的意义。

标签：垃圾回收箱；GSM模块；STM32控制
随着人口的增长与人们生活水平的提高，生活产品的多样化导致生活垃圾的多样化。

基于STM32控制的自动分类垃圾回收箱有自动垃圾分类、短信反馈箱体容量、太阳能供电、夜间展示照明等功能。

与传统分类垃圾箱相比，其自动化程度高，使城市垃圾回收处理更高效环保。

1 自动分类垃圾回收箱机电传动装置的机械设计
机电传动装置是自动垃圾分类回收箱正常工作的基础和重要组成部分。

丝杠选择带有42型步进电机，有效行程为400mm的T型丝杆线性直线导轨滑台。

带有42型步进电机的T型丝杠导轨总长度400+155mm，有效行程400mm。

当投入垃圾进过传感器识别到达分类环节，垃圾检测信号通过串口通信传输给STM32，STM32控制电机1带动转盘转动到垃圾所对应的垃圾桶位置。

电机1转动到相应的位置时，STM32控制电机2转动带动丝杠将垃圾推向对应的垃圾桶里面。

当垃圾推下时丝杠自动返回原来位置。

2 自动分类垃圾回收箱控制系统的构成
该自动分类垃圾回收箱的控制系统主要由太阳能蓄电池、传感器、机械装置、LED和GSM模块构成，由芯片STM32进行控制。

由太阳能板提供电能，各项传感器对所投入垃圾进行检测，将信号送给芯片以实现步进电机带动旋转装置、推拉装置实现垃圾的定向运动，将垃圾准确分类并投入垃圾回收箱中。

3 自动分类垃圾回收箱控制系统的设计
3.1 自主供电子系统的设计
自动分类垃圾回收箱的自主供电系统主要由单晶硅太阳能板、数显控制器及硅能蓄电池组成。

其中太阳能板选择GHGN-D50WK，工作电压为18V，输出电流2.9A，光电转换效率18%，输出功率为50W。

数显控制器选择GHGN-KZQ-01K，其作用是智能控制太阳能和蓄电池与负载的关系，保护电瓶防止过充过放，进行短路保护等。

蓄电池选择GHGN-12V20AH，可用寿命最长达到5年，电压为12V，容量为20Ah，可以满足整个系统的直流电需求。

当阳光充足时，太阳能板通过控制器给蓄电池充电，同时蓄电池工作，为系统的各个环节供电。

若在夜间或者太阳光较弱的环境下，则由蓄电池直接使用白天存储的电能进行供电。

3.2 分类检测子系统的设计
本次设计所采用的金属传感器E30-15AO其工作电压为直流6-24V，检测距离为15mm，输出方式为常开输出，工作时与一个继电器相连。

当金属接近金属传感器前方探头时，其内部的常开开关闭合，使继电器通电，其继电器常开开关闭合形成回路，向STM32发送一个低电平信号。

经过STM32处理，STM32端口发出一个低电平信号。

该端口连接一个发光二极管的负极，其正极与电源相连构成回路。

当低电平信号发出后，发光二极管被点亮，指示此物体为金属。

在本设计中，使用两对红外对管来确定垃圾是否为塑料瓶罐。

工作时与一个继电器相连，当红外对管的对射被物品遮挡时，红外对管接收端内部的常开开关闭合，使继电器通电，其继电器常开开关闭合。

当STM32接收到低电平信号后，经过STM32处理，STM32端口发出一个低电平信号。

该端口连接一个发光二极管。

当该端口发出一个低电平信号后，发光二极管被点亮，指示此物体为塑料瓶罐。

GY-33颜色识别传感器工作电压为3-5V，功耗小，体积小，安装方便。

此传感器，有两种方式读取数据，即串口UART（TTL电平）或者IIC（2线）。

串口的波特率有9600bps与115200bps可配置，有连续、询问输出两种方式，可掉电保存设置。

本设计使用的是MCU-IIC模式。

IIC通信时钟需在40Khz～200Khz 之间，通过读取相应寄存器即可，全部数据读取间隔应小于10hz。

颜色传感器的DR、CT端口连接STM32的端口。

STM32端口接发光二极管的负极，发光二极管的正极接3.3V电源。

当该端口发出一个低电平信号后，发光二极管被点亮，指示此物体为果皮。

当垃圾进入垃圾检测箱内时，金属传感器先行动作，检测此垃圾是否为金属，若是金属则金属指示灯亮起；若不是金属，则由两对红外对管检测此垃圾高度是否达到普通塑料瓶罐的高度，若是，则塑料瓶罐指示灯亮起；若不是塑料瓶罐，颜色传感器开始检测此垃圾是否为果皮，若其反馈的RGB.RED的值在400-600之间，则此垃圾为果皮，果皮指示灯亮起。

否则为废纸，该系统认为废纸当以白色废纸为主。

分类检测子系统流程图如图1所示。

3.3 短信反馈子系统（GSM）的设计
该子系统由红外对管，GSM模块、STM32构成。

红外对管的主要功能为检测各分类垃圾箱内的容量是否满80%，若满80%则向STM32发送一个低电平信号。

其设计方法与分类检测子系统中的设计方式相同。

当某个垃圾箱的垃圾达到箱容量的80%时，垃圾将红外对管的对射挡住，STM32将接收到一个低电平信号，经处理，向GSM模块发送一个信号，使GSM 模块向工作人员发送短信，提醒工作人员对垃圾箱内垃圾进行清理。

为了防止投放垃圾时，红外传感器的对射被挡住，发送一个错误信号，所以设计时，红外传感器被挡住时间超多3秒，单片机才会给GSM模块发出指令。

3.4 照明调节子系统的设计
本设计由STM32、WS2812、光敏电阻、4*4矩阵按键模块等构成。

首先LED灯可以呈现不同模式的彩灯，然后通过按键来转换彩灯模式，最后也可以通过光敏电阻来调控亮度。

LED系统的控制核心采用ARM系列微处理器STM32，实现LED的智能控制。

利用STM32的片外的ADC和驱动电路，实现光敏模块根据光强改变系统亮度的功能，利用按键模块的扫描法，达到确定按键被按下的位置，以及利用I/O口，将按键模块与系统综合，实现按键控制。

3.5 机械控制子系统的设计
当垃圾分类系统运行时，检测系统单片机通过串口通讯将检测的垃圾类别信息传输给驱动单片机STM32，驱动单片機发送指令控制步进电机，配合电机驱动器提供良好的电流和细分来驱动电机1带动垃圾箱所在的转盘到相应的分类垃圾多对应的垃圾箱位置。

在此同时驱动单片机系统发出指令，通过串口通信，将信号发给电机驱动器，根据已经设定好的细分来驱动电机2带动丝杠上的滑块动作，通过滑块带动的推拉结构将分类的垃圾推放在相应的垃圾箱内。

4 结束语
本文所论述的内容，是从机械结构设计，智能化控制系统两个方面进行研究讨论的结果。

日后随着人口的增长与人们生活水平的提高，生活产品的多样化必将导致生活垃圾的多样化，相信该自动分类垃圾回收箱能够使城市垃圾回收处理变得更加高效，也能将生态文明理念实践于生活中。

参考文献：
[1]Michael Reichenbach.Innovative LED Lighting Systems[J].ATZ world
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[2]王亚嫔，陶春鸣，瓮嘉民.单片机原理及应用[M].成都：电子科技大学出版社，2015.。