基于物联网的智能垃圾桶系统
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摘要：为了使得垃圾桶的使用和维护更加方便，本项目在现有垃圾桶上进行改进，提出基于物联网的智能垃圾桶系统。本系统通过硬件终端、服务器、移动客户端的联接，对分布在管控区域内的垃圾桶进行实时的检测与监控，以实现垃圾桶各种参数显示功能与报警系统功能。硬件终端以STM32单片机为主控附以多种功能传感器，以实现数据采集与报警功能，服务器和客户端做数据传输、显示以及控制阈值的功能。
关键词：物联网；智能垃圾桶系统；硬件终端；服务器；移动客户端；垃圾桶各种参数显示与报警
1.绪论
垃圾桶作为人类生活的必须品，为人们提供了许多方便，但垃圾的清理问题也有待解决。在大城市等人口密集，人员流动大的地方，垃圾的处理频率也大；在小县城等人口密度小的地方，垃圾桶溢满的频率大大下降，并充满不确定性。频繁的人工查看浪费了大量人力及财力。为了解决这个问题，本项目研究出一种生产成本低，使用和维护方便的带有称重和报警功能的智能垃圾箱。在现有型号的垃圾箱的基础上进行改造，以便于各部分传感器的设置与安装。通过各传感器的使用和单片机程序设计以及电路调试和通信元件的选用，采集并发送相关数据，再利用计算机接收处理再反馈给移动端。
2.系统设计
2.1功能分析
对智能垃圾桶进行系统分析，应包含以下功能：实时采集数据、报警、历史数据查看、阈值设置。
2.2系统详细介绍
从实时数据采集、报警系统、历史数据、设置阈值四个方面系统进行详细的介绍。
2.2.1实时数据采集
设备实时采集桶内温湿度、桶内物品重量、桶内垃圾高度、垃圾桶经纬度数据，并通过GPRS将数据发送给服务器。工作人员可在安卓手机端应用软件中查看到实时数据。
（1）温湿度测量：采用一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器DHT11。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为该类应用中，在苛刻应用场合的最佳选择。产品为4针单排引脚封装，连接方便。
（2）重量测量：采用专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片HX711，与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。
（3）高度测量：超声波传感器HC-SR04来测量桶内物品堆积高度。
（4）经纬度测量：采用GPS定位用于确定报警垃圾桶的具体位置。
2.2.2报警系统
报警系统包括温度报警、按键报警、桶满报警。
（1）异常情况：
（2）载满检测：超声波测距模块和称重模块配合 当检测到垃圾桶载满时发出报警，系统会提示保洁员及时清扫垃圾桶。
（3）温度报警：当周围温度过高时发出警报，便于工作人员及时掌握火情。
（4）按键报警：垃圾桶侧边有按键，可一键报警，报警时侧边LED灯闪烁，系统会通知工作人员及时去查看，再次按下按键之后报警取消，恢复正常。
（5）灭火装置：垃圾桶上方有水槽 电磁阀作为开关 当温度过高时电磁阀打开 水槽的水流入垃圾箱
2.2.3历史数据
服务器将终端每次上传上来的数据都保存进数据库，方便用户可在手机安卓端查看历史数据。
2.2.4阈值设置
阈值设置包括报警阈值和桶满报警阈值设置。用户可在手机安卓端设置温度报警阈值、桶满报警阈值。
3.系统构成
3.1系统整体框架
系统整体包括硬件终端、服务器、安卓客户端。
3.2手机安卓端
（1）实时数据显示：能显示垃圾桶编号、桶是否载满、桶内温湿度、桶的位置信息和异常
情况有提示
（2）设置垃圾桶名称：用户可在手机安卓端设置
（3）设置报警阈值：用户可在手机安卓端设置温度报警阈值、桶满报警阈值
（4）查看近期历史数据：用户可在手机安卓端查看历史数据
3.3终端硬件
终端硬件以STM32F103RBT6为主控，还包括含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器DHT11，专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器HX711模块，超声波传感器HC-SR04，GPS和GPRS模块。
3.4服务器端
服务器作为终端硬件和手机安卓端通信的中间环节，负责信息的传送。
（1）传送终端硬件采集信息给安卓手机端：服务器接收硬件终端通过GPRS模块发送的所有数据，包括桶内温湿度、桶内物品重量、桶内垃圾高度、垃圾桶经纬度数据等。安卓手机可通过4G网络访问服务器获取硬件终端提供的上述数据信息。
（2）传送安卓手机端指令给硬件终端：安卓手机可通过4G网络发送控制指令给服务器，包括设置温度报警阈值、桶满报警阈值、设置垃圾桶名称等指令。服务器收到安卓手机端与4G网络形式发送来的上述控制指令，并将指令发送给终端硬件。
（3）数据解析：用于收到硬件终端和用户终端上传的数据后，解析所述数据并分段保存到数据库对应的数据表中。以便对数据调用与查看等。
（4）数据库：用于保存各种数据表。WEB服务器模块，WEB服务器采用的是Apache，用于实现网页显示数据，同时用户可以通过网页来与服务器通讯，例如查看实时数据和设置阈值等。
4.结语
智能垃圾桶适应于各类人员集中场所，对于景区、乡村偏远地方效果更为显著，可供政府环保部门借鉴。对于当今社会，智能化垃圾桶符合国家要求，能有效减少垃圾转载量，使得资源充分利用。
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（作者单位：武汉理工大学）
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