遠程智能垃圾桶報警系統(tǒng)設計方案

　　一、項目概述

　　1.1引言

　　隨著科技發(fā)展的日新月異，生活垃圾已經(jīng)成為影響環(huán)境，影響人類生活，甚至影響人類生存環(huán)境的重要因素。大街小巷，旅游景點，校園內(nèi)部到處充斥著人類的生活垃圾，垃圾桶已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷谋貍溆闷罚刻扉L千上萬個環(huán)衛(wèi)工人，垃圾回收車輛忙碌在回收處理垃圾的第一線。回收處理垃圾是一件費時費力的工作，每天需耗費大量的人力物力，然而有些垃圾桶卻不一定裝滿，卻也被回收，由此造成了對車輛人員油料的極大浪費。尤其是旅游景點，山路之上的垃圾桶，準確掌握這些垃圾桶的存儲狀況，對于節(jié)省人力物力將具有明顯的效果。

　　在這種需求之下，智能垃圾桶監(jiān)測報警系統(tǒng)應運而生。智能垃圾桶報警系統(tǒng)采用傳感器檢測垃圾桶存儲狀況，并將之傳送到垃圾處理中心，及時掌握垃圾桶存儲狀況，準確處理垃圾。首先，垃圾桶中的智能傳感器將檢測垃圾桶的存儲狀況，如果垃圾桶已經(jīng)裝滿，將通過無線智能模塊將垃圾桶的存儲狀況發(fā)送到垃圾回收處理中心，垃圾處理中心再根據(jù)情況及時派出人員處理垃圾，做到實時準確，節(jié)省人力物力。

　　1.2創(chuàng)新點

　　(1)利用可再生資源-太陽能作為系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，既節(jié)能又可靠。

　　(2)將語音直接下載到語音儲存電路內(nèi)方便快捷;

　　(3)將Zigbee技術應用于垃圾桶遠程報警系統(tǒng)，它可以自組網(wǎng)絡。

　　(4)利用GPRS網(wǎng)絡遠程傳送信息，可靠快速。

　　二、需求分析

　　2.1功能要求

　　智能垃圾桶遠程報警系統(tǒng)主要由RFD(簡易功能設備)和FFD(全功能設備)

　　RFD主要由電源模塊、語音模塊、系統(tǒng)主控模塊、Zigbee模塊、傳感器模塊五大部分組成。

　　(1)電源模塊

　　系統(tǒng)電源模塊有兩塊蓄電池，一塊太陽能接收板，有陽光時，太陽能接收板向蓄電池充電，同時為整個電路提供電源，陰天或光線不好時，蓄電池為整個電路提供電源。

　　(2)語音模塊

　　語音模塊主要由音頻下載電路、語音存儲電路以及音頻功放電路三部分組成。語音模塊主要完成以下三種功能：

　　①能夠?qū)⒄Z音通過USB下載入存儲模塊;

　　②當有人靠近一定距離時，語音模塊自動提示;

　　③當人離開一定距離時，語音模塊再次啟動提示。

　　本裝置通過USB接口將MP3格式的提示音頻信息下載至語音存儲電路中。通過外放模塊進行播報。基于本模塊的應用需要，設計選用了側(cè)重于音頻信號處理的基于AT32UC3A的EVK110開發(fā)板作為開發(fā)平臺。

　　(3)系統(tǒng)主控電路

　　系統(tǒng)主控電路及按鍵顯示模塊主要完成系統(tǒng)頂層的綜合管理、功耗控制和信息存儲等功能，提高系統(tǒng)整體的自動化及智能化水平。

　　本項目采用高性能、低功耗的32位的AVR的AT32UC3A芯片作為系統(tǒng)微控制器，以實現(xiàn)對語音模塊﹑zigbee模塊﹑gprs模塊﹑傳感器模塊電路的控制。

　　(4)zigbee模塊

　　zigbee模塊主要完成以下兩個功能：

　　①自動搜索其他的RFD(簡易功能設備)，組成星型網(wǎng)絡。

　　②把RFD信息傳送到FFD(全功能設備)。

　　利用zigbee技術可以快速，準確的把信息傳送，節(jié)省了設備間的連線。

　　(5)傳感器模塊

　　①檢測人扔垃圾的紅外傳感器用紅外壁障傳感器，此傳感器對環(huán)境光線抗干擾能力很強、是用一對紅外發(fā)射管與接收管完成探測距離，發(fā)射管發(fā)射出高頻的紅外線信號，當檢測到前方有障礙物(反射面)時，紅外線反射回來被接收管接收，此時指示燈亮起，經(jīng)過電路處理后，輸出低電平信號，從而觸發(fā)語音提示系統(tǒng)，提醒人們將垃圾分類，人道正確的垃圾箱中。通過調(diào)節(jié)傳感器的VR1電位器可以調(diào)節(jié)檢測的距離。此傳感器的主要性能指標如下：

　　輸入電壓：4.0V -6.0V

　　輸入電流：小于15mA

　　輸出方式：數(shù)字量;(有紅外反射信號反饋時，輸出低平。)

　　可調(diào)距離：5cm~40cm、靈敏度高。

　　可調(diào)發(fā)射頻率：各個模塊調(diào)節(jié)在不同的發(fā)射頻率，可以同時使用多個模塊一起工作，相互不干擾。此傳感器性能穩(wěn)定，工作模式簡單，是首選選擇。

　　②垃圾桶內(nèi)用傳感器

　　采用OS806對射式紅外傳感器。OS806傳感器有原裝進口高發(fā)射的砷化鎵紅外發(fā)射管和高靈敏度的光敏晶體管組成，它是利用被檢測物對光束的遮擋，由同步回路選通電路，從而檢測物體的有無。而且這種傳感器價格便宜，對環(huán)境適應性強，非常適合在此系統(tǒng)中應用。

　　特點：

　　1、高可靠性，

　　2、響應速度快，光縫0.5mm，槽寬4mm，腳距9mm.

　　ⅡFFD主要由電源模塊、zigbee模塊、控制系統(tǒng)模塊、GPRS模塊四大部分組成

　　GPRS通信模塊

　　傳送距離遠

　　信息傳輸穩(wěn)定

　　利用移動平臺把區(qū)域內(nèi)垃圾箱的信息傳送到垃圾站。

　　本項目系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示：

　　圖1系統(tǒng)架構(gòu)圖

　　其中RFD的構(gòu)架圖如圖2所示：

　　圖2 RFD架構(gòu)圖

　　其中FFD的構(gòu)架圖如圖3所示：

　　圖3 FFD機構(gòu)架構(gòu)圖

　　2.2性能要求

　　本項目要達到的性能指標：

　　(1)在光線充足的情況下，太陽能電池板可在12小時內(nèi)將兩塊蓄電池充滿電同時對整個電路供電。已充滿電的蓄電池可在無光線時，確保垃圾桶檢測報警裝置至少正常工作72小時;

　　(2)經(jīng)音頻功放電路處理，系統(tǒng)可播報符合實際要求的語音效果，雜音干擾少;

　　(3)zigbee模塊功耗低，反應靈敏激活發(fā)送僅15ms.能夠自組網(wǎng)絡，能容納200個以上的節(jié)點，廣播的形式發(fā)送信息避免交互應答，并且能夠避免信息碰撞。

　　(4)系統(tǒng)語音存儲電路容量大，具備至少存儲200多個節(jié)點地址信息和200多個垃圾箱的信息。

　　三、方案設計

　　3.1系統(tǒng)功能實現(xiàn)原理

　　本設計以AVR的AT32UC3A芯片作為微控制器在此基礎上建立FFD和RFD，RFD利用太陽能電池板為整個裝置提供電源，在此基礎上搭建語音模塊、zigbee模塊、傳感器模塊等外圍電路，構(gòu)成了基于太陽能垃圾箱信息系統(tǒng)。當有人丟垃圾時提供語音提示，并把垃圾箱內(nèi)的信息傳送給FFD.實現(xiàn)垃圾箱的無人監(jiān)管。FFD利用太陽能電池為整個裝置提供電源在此基礎上搭建zigbee模塊GPRS模塊等構(gòu)建起外圍電路。進行網(wǎng)絡管理，接收RFF傳送來的垃圾箱信息，并對信息加以分析，并把分析好的信息傳送到接收終端設備(手機)。

　　該系統(tǒng)不僅可以節(jié)省不可再生資源的使用量，更保護了環(huán)境，同時語音提示提高了垃圾的分類率，間接的提高了垃圾的回收利用。并且不必要線路連接節(jié)省了設備開支。該系統(tǒng)把信息及時的傳送給垃圾站，不必要派人專門監(jiān)管，節(jié)省了大量的物理人力，并能保證垃圾箱隨時處理。

　　3.2硬件平臺選用及資源配置

　　本系統(tǒng)選用基于高性能、低功耗AT32UC3A芯片的EVK110硬件平臺，主要選用了開發(fā)板的USB數(shù)據(jù)傳輸、AT32UC3A控制處理、MP3播放器等功能部分。利用其USB接口下載MP3格式的語音報站文件至語音存儲模塊，并利用MP3播放器播放信息內(nèi)容，MCU則負責控制整個系統(tǒng)的工作過程。利用支持zigbee技術和GPRS進行信息的無線傳輸

　　3.3系統(tǒng)軟件流程

　　系統(tǒng)軟件流程主要分為FFD主程序流程圖和RFD流程圖兩部分，RFD系統(tǒng)主程序流程圖主要完成語傳感器信號的接收、信號分析、音文件的傳輸與保存、語音提示和zigbee模塊的激發(fā)。FFD主程序流程圖主要完成網(wǎng)絡管理、信息接收、信息分析和GPRS模塊的激發(fā)。

　　RFD系統(tǒng)的主流程圖如圖4所示：

　　圖4系統(tǒng)主程序流程圖