如今环境问题越来越成为社会关心的重点,特别随着市场经济发达、城市化规模扩张,生活垃圾处理的产量日益提高,垃圾干湿分类就显得尤为重要。干湿分离可减少垃圾桶内细菌的滋生,防止危害人们的身体健康,并且能够高效进行可回收垃圾的分离再利用,绿色环保。本课题将产品设计并制造一款以Arduino开发板为控制器的智能垃圾桶,系统将以Arduino UNO为内核,并提供硬件控制系统,整体包括空气湿度感应器模块、MP3模块、LED模块等功能模块,能够实现智能垃圾桶干湿分离、自动翻盖等功能。该垃圾桶具有语音提示、操作方便、智能回收、干湿分离等优点,为实现垃圾的无接触、智能化分类回收提供了一个可行的解决方案。
目录
一、引言 5
（一）研究背景 5
（二）国内外研究研究现状 5
（三）主要研究内容 6
二、系统整体设计 6
（一）原理框图 6
(二)核心器件选型 7
三、硬件设计 10
（一）IIC 1602液晶屏模块 10
（二）SG90舵机模块 11
（三）湿度传感器模块 12
（四）LED模块 12
（五）MP3模块 13
四、软件设计 14
（一）液晶屏模块代码设计 14
（二）舵机控制模块代码设计 15
五、实物制作与功能测试 16
（一）实物制作 16
（二）功能测试 17
总结 19
参考文献 20
致谢 20
附录一 部分源代码 22
附录二 材料清单 27
一、引言
（一）研究背景
如今环保问题已越来越成为国际社会所关心的重点,特别是随着中国经济与社会发展、城市化规模扩张,生活垃圾处理的产量也将日益增加。垃圾箱已成为人民日常生活中无处不在的环保设备,也伴随着人民环保意识的提升,在不断的更新换代。其中,垃圾干湿分离这一重点功能,尤其被人们所关注。干湿分离可减少垃圾桶内细菌的滋生,防止危害人们的身体健康,并且能够减少刺激性气体散发,有利于周围环境,绿色安全。
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源结构的调整和越来越突出的能源危机问题,废弃物资源化处理已成为企业节省资金所不可或缺的关键技术手段。也因此,许多废弃物都能够回收二次使用或再生产,厨余等废弃物也可成为水力发电、沼气、化肥原材料等的高效资源利用。而废弃物分类和集中利用已逐步构成了一个全新的产业链。首先,在把废弃物高效的处置掉的同时变废为宝,从而实现了废弃物的衍生价值;另外,通过利用废弃物的集中处理所产生的巨大利润,也能够保证了废弃物集中处理系统的顺利运行。这不但缓解了市民所遭的垃圾围城之苦,美化了城市人居环境,同时也反映了循环的经济思想,有效缓解了地方政府在市政投资方面的压力,从而产生了城市社会、经济生态三个方面的互动效果。
（二）国内外研究研究现状
以中国为例,我国将于二零二零年发布的《生活垃圾分类实施若干意见》,《若干意见》明确规定:城镇居民在家里设有其他垃圾处理桶(干废物)、易腐垃圾桶(湿废物),以进行日常的"干湿"分类管理,并将有害废弃物单独放置在特定的投放地点,鼓励个人出售或单独放置可回收物品。潮湿废弃物要选择专门容器盛放,以减少塑料袋应用,并逐渐实现潮湿废弃物的"无玻璃陶瓷、无金属杂品、无塑料制品橡胶"。垃圾分类可以让很多垃圾更有效的得到循环利用,从某种程度上来讲,缓解了部分能源危机。
从国外经验看,对垃圾分类的重视及实际处理工作更是日益细化。例如瑞典最早在一九九四年就明确提出了"生产者责任制"概念,即通过立法规定生产商须在其商品上详尽表明商品在被消费后的处理方法,而消费者则有义务根据其说明内容对废弃商品加以分类,并送往法律规定的回收处。十年来,生产者责任处理物品的范畴扩大,从最原始的生商品包装物、轮胎和废纸等,到生产车辆和家用电器商品等,再到生产办公用纸、农业塑料制品和废弃动力电池等。此外,在瑞典还设立了专业组织,即REPA(生产者责任制登记服务公司),专业为瑞典企业界和环境保护事业者服务,帮助没有垃圾处理能力的企业完成垃圾的科学回收。经过分类处理后,数量已明显下降,最后进行填埋处理的只是极少部分。研究结果表明,百分之四十七的废弃物可以进入再利用和再生产循环,百分之五十可以进行垃圾焚烧发电,被填埋的只占百分之三。这也印证了"垃圾是放错位置的再生资源,其百分之九十都是可以回收利用"的研究结果。
（三）主要研究内容
本设计主要以Arduino UNO芯片为核心，完成了一款智能垃圾桶的设计和安装、开发及制作。通过搭建硬件系统如：湿度传感器模块、MP3模块、LED模块等模块组成来实现功能；软件部分则通C语言编写运用Arduino开发环境设计，从而实现智能垃圾桶干湿分离、自动翻盖等功能。
本设计预期达到的设计目标主要包括：
该系统可实现自动翻盖；
能实现垃圾的干湿分离，并对垃圾湿度的检测；
能利用LCD 1602液晶屏显示垃圾的湿度；
3）实现LED灯的告警和智能语音两方面提示功能。
二、系统整体设计
（一）原理框图
系统通过主控单元，实现各个模块数据的接收和处理，并发出相应得指令控制信息。整体框架结构如下图1所示。
图 1 整体框架结构
整个控制系统由Arduino UNO板作为控制中心的主控单元,但为了达到垃圾桶的智能化效果,还必须加入其他功能模块,分别与主控单元相连接,收到主控单元的指令并完成其特定功能。需要的功能模块如下:
系统通过湿度传感器检测垃圾的干湿程度，从而发送给主控单元进行判断，再由主控单元发送给各个模块实现对应的功能；
系统通过舵机控制垃圾桶盖的打开与关闭，实现自动翻盖功能。主要原理是通过对垃圾的干湿检测来判断打开哪个垃圾桶，其中便需要湿度传感器来进行检测。湿度传感器检测到垃圾的干湿信号，输送到主控单元，然后主控单元就会向两个舵机的其中一个发送开盖信号，从而实现自动开盖功能。
系统通过MP3模块进行播报，实现语音提示功能，主要原理是湿度传感器能够检测对垃圾的干湿程度。如果是检测为干垃圾，它就会向主控单元发送一个电子信号，然后主控单元就会向MP3模块发送指令，播报提示；如果检测为湿垃圾，同样湿度传感器回想主控单元发送一个电子信号，而后主控单元向MP3模块发送指令，播报提示。
其他功能包括数字显示垃圾湿度功能等,需要将自动开盖功能与湿度传感器模块和液晶屏显示模块联动设计。当湿度感应器测量到了干燥垃圾或者湿垃圾,湿度感应器模块将数据发送给主控单元,并通过主控单元传输信息至液晶屏,液晶屏显示垃圾湿度。另外,当桶内垃圾超过规定高度时,检测模块向主控单元发出信号,使声控模块发出警告声。

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