基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的垃圾桶智能管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

1.5 顯示模塊、GPRS發(fā)送模塊、監(jiān)控中心 

用于實時顯示垃圾桶現(xiàn)狀、對檢測中心信息進行發(fā)送、 實時監(jiān)控垃圾桶各屬性并做出相應(yīng)處理。 

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 

系統(tǒng)硬件包括垃圾桶體機械結(jié)構(gòu)和硬件控制電路兩個部 分 [1,13-17]。其中桶體機械結(jié)構(gòu)為一單一垃圾桶，能按照桶內(nèi)不 同模塊的設(shè)置作出相應(yīng)的反應(yīng)。系統(tǒng)硬件電路總體結(jié)構(gòu)框圖如 圖 1 所示，包括電源模塊、單片機最小系統(tǒng)、高度檢測模塊、 重力測量模塊、溫度監(jiān)測模塊、各檢測中心控制模塊、GPRS 報警短信發(fā)送模塊、信息顯示模塊及處理模塊。 

本系統(tǒng)的工作原理是 ：首先通過檢測中心控制模塊控 制各檢測模塊檢測出桶內(nèi)垃圾狀態(tài)，同時通過信息處理模塊 將垃圾信息進行計算、處理、整合為一條有用信息，再通過 GPRS 發(fā)送模塊將信息發(fā)送到各種手持終端及控制中心終端 上，并將傳送的信息利用顯示模塊進行顯示。

3 系統(tǒng)功能的實現(xiàn) 

3.1 溫度檢測模塊的實現(xiàn) 

模 塊由多 個型 號為 DS18B20 的 溫 度傳感 器 連 接 到 AT89C51 單片機相應(yīng) I/O 口組成。在垃圾桶內(nèi)部表面均勻安 裝有多個型號為 DS18B20 的溫度傳感器，每個溫度傳感器負 責(zé)監(jiān)測一定范圍內(nèi)溫度變化的情況，當某個傳感器檢測到所 負責(zé)的范圍溫度大于或等于事先預(yù)設(shè)的溫度，則觸發(fā)單片機 最小系統(tǒng)動作，從而觸發(fā)信息處理模塊等一連串的動作，從而 實現(xiàn)溫度檢測。 

3.2 高度檢測模塊的實現(xiàn) 

模塊由多個測距傳感器 HC-SR4 與單片機最小系統(tǒng)連 接組成。在垃圾桶桶蓋內(nèi)側(cè)均勻安裝有多個測距傳感器 HC- SR4，每個測距傳感器負責(zé)一定的范圍，當有 1/2 傳感器檢測 到所負責(zé)的范圍垃圾高度大于或等于垃圾桶高度的 19/20，則 觸發(fā)單片機最小系統(tǒng)動作，從而觸發(fā)信息處理模塊等一連串 的動作，進而實現(xiàn)對垃圾高度的檢測。 

3.3 重力檢測模塊的實現(xiàn) 

該模塊由多個小尺寸紐扣式微型稱重傳感器及單片機最 小系統(tǒng)連接組成。在垃圾桶桶底安裝有 1 個壓力傳感器，當 該傳感器檢測到桶內(nèi)垃圾的重量大于或等于事先預(yù)設(shè)的某一 重量時，則觸發(fā)單片機最小系統(tǒng)動作，從而觸發(fā)信息處理模 塊等一連串的動作，進而實現(xiàn)對垃圾重量的檢測。 

3.4 檢測中心控制模塊的實現(xiàn) 

該模塊主要由型號為 AT89C51 的單片機及短信收發(fā)模塊 GTM900C 組成，主要對本系統(tǒng)所包含的三大檢測模塊進行控 制，對檢測到的數(shù)據(jù)進行收集并統(tǒng)計分析，形成文字信息存 儲并交由華為出品的 GTM900C 開發(fā)板信息發(fā)送模塊發(fā)送。 

3.5 自動報警模塊的實現(xiàn) 

由 GTM900C 短信發(fā)送模塊與 AT89C51 單片機相應(yīng) I/ O 口連接組成，主要是將上述檢測中心通過三大檢測模塊得 到的文字信息傳送到監(jiān)控中心終端機及環(huán)衛(wèi)工人手持終端上， 達到報警的目的。 

3.6 本系統(tǒng)主程序流程圖 

圖 2 所示為本系統(tǒng)主程序流程圖。高度檢測模塊檢測智 能垃圾桶內(nèi)的垃圾高度，溫度檢測模塊檢測桶內(nèi)垃圾溫度， 重力檢測模塊檢測桶內(nèi)垃圾重量并將智能垃圾桶內(nèi)的垃圾信 息傳輸給檢測中心控制模塊，如果垃圾桶的主控中心對垃圾信 息的處理結(jié)果顯示該垃圾桶未滿或未超重或溫度未過高，則 說明垃圾桶正常工作 ；如果智能垃圾桶的垃圾信息表示該智 能垃圾桶已滿、溫度過高或超重，則檢測中心控制模塊通過 GPRS 發(fā)送裝置將該智能垃圾桶已滿、溫度過高或超重的信息 傳輸給清潔人員攜帶的無線手持終端和終端機。相關(guān)人員對 垃圾桶狀態(tài)進行處理和更新。主要程序指令有：

3.7 軟件設(shè)計流程分析 

本系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化模塊程序設(shè)計，所謂“模塊”，其實質(zhì) 就是指具有一定功能、相對獨立的程序段。首先在編程過程中將所要完成的各個功能分別按模塊編寫和調(diào)試，當所有模 塊調(diào)試成功以后，再將各個模塊連接在一起整合形成系統(tǒng)。 

結(jié)構(gòu)化模塊程序設(shè)計的主要特點 ： 

（1）一個單獨模塊的程序編寫、查錯等比一個完整系統(tǒng) 的程序更容易 ； 

（2）模塊化程序可以實現(xiàn)共享，一個模塊化程序可被多 個任務(wù)在不同的條件下調(diào)用； 

（3）把輸入和輸出進行封裝，可以減少程序不必要的重 復(fù)修改 ； 

（4）這樣的設(shè)計不但有利于程序代碼的優(yōu)化和共享，而 且便于設(shè)計、調(diào)試和維護，同時也可以增強系統(tǒng)的可靠性。 

圖 3 所示為主控制器的程序流程圖。

4 結(jié) 語

本系統(tǒng)所設(shè)計的智能垃圾桶是智能家居的其中之一，本 設(shè)計不僅實現(xiàn)了非常環(huán)保的智能垃圾桶，同時也實現(xiàn)了對特定 區(qū)域垃圾桶的實時監(jiān)控，這為公眾的健康提供了保障，同時 也為減輕管理人員及環(huán)衛(wèi)工人的工作負擔(dān)發(fā)揮了積極的作用， 由于基于 AT89S51 單片機實現(xiàn)的垃圾桶智能管理系統(tǒng)成本低、 實用性強且功能完善，因此本系統(tǒng)具有良好的社會效益和經(jīng) 濟效益。