遠程智能垃圾桶報警系統(tǒng)是設計方案
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,校園內部到處充斥著人類的生活垃圾,垃圾桶已經成為人們日常生活中常見的必備用品,每天長千上萬個環(huán)衛(wèi)工人,垃圾回收車輛忙碌在回收處理垃圾的第一線?;厥仗幚砝且患M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),它可以自組網絡。
(4)利用GPRS網絡遠程傳送信息,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能夠將語音通過USB下載入存儲模塊;
?、诋斢腥丝拷欢ň嚯x時,語音模塊自動提示;
?、郛斎穗x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?;诒灸K的應用需要,設計選用了側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:
?、僮詣铀阉髌渌腞FD(簡易功能設備),組成星型網絡。
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。通過調節(jié)傳感器的VR1電位器可以調節(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:數字量;(有紅外反射信號反饋時,輸出低平。)
可調距離:5cm~40cm、靈敏度高。
可調發(fā)射頻率:各個模塊調節(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。
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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.
?、?FFD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)域內垃圾箱的信息傳送到垃圾站。
本項目系統(tǒng)架構如圖1所示:
圖1 系統(tǒng)架構圖
其中RFD的構架圖如圖2所示:
圖2 RFD架構圖[!--empirenews.page--]
其中FFD的構架圖如圖3所示:
圖3 FFD機構架構圖
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模塊等構建起外圍電路。進行網絡管理,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數據傳輸、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
FFD的程序流程圖如圖5所示:
圖5 FFD模塊流程圖
3.4 系統(tǒng)預計實現(xiàn)結果
基于Zigbee的垃圾桶遠程監(jiān)控報警系統(tǒng)主要具有以下功能:
(1)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,同時供整個電路用電,陰天或光線不好時,蓄電池為整個電路電源
(2) 當有人靠近扔垃圾時,雙語語音播報提示信息;
(3)當垃圾桶內垃圾已滿時,檢測發(fā)送模塊向信息收集模塊發(fā)送信息;
(4)Zigbee網絡收集各個垃圾桶的存儲狀況,將信息匯總,經過AVR模塊處理,將信息通過GPRS發(fā)送出去。
(5)信息處理中心接受發(fā)送的信息,掌握垃圾桶存儲狀況并作出精確處理。