谢重阳 郭宏宇 廖宏林 吴成 徐何聪

摘  要：垃圾桶是城市民众日常生活过程中需要运用的重要设施之一，做好针对智能化垃圾桶应用产品的设计工作，对于确保城市生活垃圾获取到全面有效优质处理，以及城市环境长期维持优质良好状态，改善优化城市民众的基础生活质量，发挥着不容忽视的实际影响作用。本文将会围绕基于STM32开发板的背负式可移动垃圾桶，展开简要的阐释分析。

关键词：STM32开发板  背负式可移动垃圾桶  研究分析  挂钩

中图分类号：TH122                           文献标识码：A                 文章编号：1674-098X（2020）08（c）-0059-03

Abstract： Garbage can is one of the important facilities that urban people need to use in their daily life. The design of intelligent garbage can application products plays an important role in ensuring the comprehensive and effective treatment of municipal solid waste， maintaining high-quality urban environment for a long time， and improving and optimizing the basic living quality of urban people. This paper will focus on the STM32 development board based on the backpack removable garbage can， to carry out a brief analysis of the interpretation.

Key Words： STM32 development board; Backpack removable trash can; Research and analysis; Hook

1  开展可移动垃圾桶设计开发工作的基本背景

1.1 技术领域

针对背负式可移动垃圾桶开展的实用新型设计工作，具体涉及垃圾桶技术领域，具体而言，是一种具备智能性特点的分类垃圾桶产品。

1.2 背景技术

在现有的垃圾桶产品生产制造技术发展背景之下，我国绝大部分地区目前配备使用的垃圾桶均未充分关注和考虑垃圾分类要求，目前配备的大多为开放式垃圾桶，垃圾桶放置位置的周围环境较为恶劣，环卫工人日常劳动工作量长期处在较大规模、作业过程内容覆盖范围广（需要面对的垃圾种类繁多）、工作环境整体质量表现恶劣（实际需要处理的部分垃圾物资具备生物毒性）。

现阶段，受复杂多样的主客观因素影响制约，我国普通公民群体实际秉持的垃圾分类思想意识依然处在相对薄弱状态，且由于目前正在运用的垃圾分类方法较为复杂，客观上引致我国城乡普通公民无法科学且准确地参与开展基本性的垃圾分类操作，不能在面对具备分类回收特点的垃圾桶过程中正确实施垃圾投放操作，继而给实际开展的垃圾分类处理技术工作流程，造成较大困难。

现阶段，城市民众生活空间中实际正在使用的垃圾桶，主要可以被具体划分为两个类别，其一是不分类垃圾桶，也就是将所有种类的垃圾都放在一起，其二是在城市马路边上随处可见的分类垃圾桶，分为可回收和不可回收垃圾。第一种垃圾桶无法分类垃圾，存在十分严重的弊端。第二种垃圾桶可以将垃圾分为两类，但是需要公民自行分类，将垃圾投入正确的垃圾桶内，所以存在着自觉性和意識性问题，因此，有必要设计一种智能分类垃圾桶。

2  基于STM32开发板的背负式可移动垃圾桶方案设计

该产品属于智能分类垃圾桶，其包括传感器模块、压缩模块、分类收集模块、中央处理模块、能源模块;垃圾桶外壁内侧设置有滚轴，滚轴的上端设置有传送带，传送带的上侧安装有电动机（1），电动机（1）的一侧设置有齿轮组，齿轮组的上侧设置有压缩滚轴（1），压缩滚轴（1）的上侧设置有压缩滚轴（2），压缩滚轴（2）的一侧设置有电动机（2），压缩滚轴（2）的上侧设置有滚轴（2），滚轴（2）的上侧设置有位移传感器，位移传感器的一侧设置有压缩滚轴（3），滚轴的一侧设置有光电传感器（1），垃圾桶外壁的内侧设置有垃圾桶，垃圾桶中间设置有步进电机，垃圾桶上端设置有深沟球轴承，深沟球轴承的下侧设置有传动链轮，传动链轮中间设置有传动链。

从基本组成内容角度分析，方案内包含能对垃圾桶内垃圾进行检测的垃圾桶，当垃圾桶内垃圾填满后，发送指令给上位机，上位机收到指令后，指挥小车出发，小车依靠循迹或避障功能自动前往所需空间位置。

借由针对可移动垃圾桶的机构图展开全面系统分析，可以发现其中包含多样化的技术设备和功能模块。

垃圾桶的顶端位置设置有传感器技术组件，当桶内垃圾堆积高度高过一定限度值时，垃圾桶内的设备与上位机通信，使上位机派出小车，小车通过循迹避障等功能赶至，发出信号的垃圾桶的所在位置，将装满的垃圾桶驮运至指定的位置，同时可将空的垃圾桶重新转运至被带走的垃圾桶的位置处。或是在设定的时间，例如傍晚将路边的垃圾桶统一带回至指定地点，统一处理垃圾。

在垃圾桶入口处设置传感器监测垃圾桶的使用频率，当一定区域内的某些垃圾桶使用频率过高，而另一些使用频率较低，则使用频率过高区域的垃圾桶向上位机发送请求，使上位机派出小车将使用频率低位置的部分垃圾桶调往使用频率高的区域。动态调节垃圾桶分布，提高垃圾桶利用率。

车辆智能避障控制系统是一种集规划决策、通信导航、自动行驶、环境感知等功能于一体的综合系统[1]，其内包括避障模块、红外传感器模块、循迹模块、电机驱动等各种硬件装置，因此系统采用STM32芯片作为嵌入式控制中心的核心。ARM处理器是一种16/32位的高性能、低成本、低功耗的嵌入式RISC微处理器，ARM体系采用了一些特别的技术，在保证高性能的同时尽量减小芯片体积，降低芯片的功耗[2]。

基于STM32开发板设计循迹功能，循迹模块包括红外发射和接收探头，红外探头发出的红外光线，在照射到路面事先画好的路线时不反射红外光，通过两路循迹即可使小车能准确沿预设线路自动往返，将挂设在路边的垃圾桶带至垃圾集中处理点。

基于开发板设计避障功能，利用超声波避障，超声波的频率一般高于20.00kHz，它的穿透能力强、方向性好、声波较为集中，在水下也具有较强的传播能力。可以用来杀毒、测距、清洗等[3]。当超声波探头发出的信号被障碍物反射回来，若检测到回波输出端输出高电平，由此可以得出测量距离[4]。

将循迹与避障功能相结合保证小车在转移垃圾桶的过程中能顺利到达指定位置，且能避开路径上的障碍。

设计一种简单可靠的挂钩及锁定系统，保证垃圾桶在转移过程中能准确可靠的固定在小车上，同时也要保证垃圾桶能可靠的固定在路边固定桩上，同时由固定桩转至小车上的过程应当尽量简单可靠。

遵照标准化结构图中列示的信息，实际设计形成的转运接口中包含A、B、C三个组成部分，A部分为一对挂钩孔，孔的结构大致为在圆形孔的上端或下端截出一个矩形槽。B部分为蘑菇头状的挂钩且固定桩上的挂钩杆部偏下，小车上的挂钩杆部偏下。C部分为有螺纹传动组成的升降台。此外A部分的前后两孔的安装位置应为当后部挂钩处于挂钩孔矩形槽最下部时，前端挂钩处于挂钩孔圆形部分的中央。其实际运行过程中执行的技术过程为：在小车处于转运垃圾桶前位置条件下，安装在固定桩结构上的挂钩组件处于A后孔内的矩形槽顶端，此时固定桩上的挂钩组件会将垃圾桶牢牢挂在固定桩上。C部分的升降台处于下端位置，当小车到达垃圾桶下方位置条件下，小车上的挂钩组件将会处于A前孔内的圆形部分中央，然后升降台抬起，将垃圾桶向上抬举。当小车上的挂钩处于A前孔内的矩形槽下端，固定桩上的挂钩处于A后孔内的圆形部分中央，此时垃圾桶将被钩挂于小车上。当需要将垃圾桶由小车钩挂于固定桩上时，仅需将上述过程逆转处理即可实现。C部分通过电机设备带动齿轮组将电机的运动输出至螺杆组件，同时降低输出转速。螺杆组件与升降台组件构成螺旋传动，螺旋传动是通过丝杠组件与螺母组件组成的螺纹副实现传动要求的，主要将回转运动转化为直线运动，同时传遞运动与动力[5]。

3  结语

围绕基于STM32开发板的背负式可移动垃圾桶论题，文章从设计思路和技术原理层面展开了论述分析，旨在为相关领域的技术工作人员提供经验参考支持条件，并且为提升城市生活垃圾处理工作质量，优化城市民众生存质量状态创造支持条件。

参考文献

[1] 张微，杨博云，王韵琪.基于STM32的车辆智能避障控制系统设计[J].科技视界，2019（32）：24-25.

[2] 马世中，刘宏添，高宁，等.基于51单片机的超声波测距系统[J].计算机产品与流通，2020（1）：158.

[3] 吴恩仪，陈凌君.基于STC89C52单片机的超声波测距系统设计[J].南方农机，2020，51（6）：124.

[4] 杜一民，李志辉，贾学志，等.振动环境下传动螺纹配合间隙对其自锁性的影响[J].机械强度，2019，41（3）：509-514.

[5] 宋铁.基于机器视觉的家庭智能分类垃圾桶设计研究[D].上海：东华大学，2019.

[6] 黄国维.基于深度学习的城市垃圾桶智能分类研究[D].淮南：安徽理工大学，2019.