CN103771056A - 一种基于单片机的智能废纸收集设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单片机的智能废纸收集设备。外壳体顶端开口，上盖一侧支撑滑动连接在两侧的水平导轨之间，上盖另一侧支撑滑动连接在两侧的竖直导轨之间，上盖另一侧通过曲柄连杆机构与安装在外壳体内的步进电机连接；外壳体内设有内胆，外壳体两侧内壁上设有红外光电对管，外壳体前部设有液晶显示屏和人体感应器；上盖设有用于压缩废纸的废纸压缩机构，外壳体内设有电源及电路系统盒，电源及电路系统盒内装有光电对管模块、控制模块、人体感应放大模块、步进电机驱动模块、电磁铁驱动模块和电源模块。本发明能检测废纸收集箱是否装满，并及时清理压缩，使得空间充分利用；环保、卫生、低成本，便于推广普及。

Description

一种基于单片机的智能废纸收集设备

技术领域

本发明涉及一种废纸收集设备，特别是涉及一种基于单片机的智能废纸收集设备。

背景技术

在写字楼、办公室、教室等场所，产生的垃圾很大一部分是废纸，但是废纸的单独收集设备并不多。若废纸与其他垃圾放在一起，很大一部分纸将不能回收，造成资源的浪费。也有一部分废纸回收设备，但大多是传统的开放式收集箱，因其结构简单、价格便宜，被绝大多数室内使用，然而，这类收集箱很明显的缺陷是：收集箱中的废纸直接暴露在空气中，沾染很多灰尘，极不卫生；收集箱中的废纸在超过容量的情况下经常出现翻倒出收集箱的情况，散落一地。另一种是半封闭式收集箱。此类收集箱采用纯机械结构，原理简单，价格也相对比较便宜。但这类收集箱也存在着较为明显的缺点：收集箱的空间比较小，需要比较频繁的清洁；收集箱装满之后，桶盖仍能打开，导致废纸翻倒出收集箱。

发明内容

针对上述背景技术中的问题，本发明提供了一种基于单片机的智能废纸收集设备，结构简单、制造容易、使用方便、节省人力物力，使废纸收集箱实现智能化。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括外壳体、上盖和内胆；外壳体顶端开口，外壳体顶端两侧设有水平导轨，外壳体靠近后部的两侧内壁上设有竖直导轨，上盖一侧支撑滑动连接在两侧的水平导轨之间，上盖另一侧支撑滑动连接在两侧的竖直导轨之间，上盖另一侧通过曲柄连杆机构与安装在外壳体内的步进电机连接；外壳体内设有用于容纳废纸的内胆，靠近内胆顶端开口的外壳体两侧内壁上设有用于检测废纸是否溢出的红外光电对管，外壳体前部设有液晶显示屏和人体感应器。

所述的上盖的底面设有用于压缩废纸的废纸压缩机构，废纸压缩机构包括电磁铁、两块滑块、弹簧和压板，两块滑块分别套在上盖底面的直杆两侧并沿直杆移动，弹簧套在两块滑块之间的直杆上，两块滑块内均设有电磁铁，两块滑块通过X型铰链与压板连接。

所述的外壳体内设有电源及电路系统盒，电源及电路系统盒内装有光电对管模块、控制模块、人体感应放大模块、步进电机驱动模块、电磁铁驱动模块和电源模块，步进电机经步进电机驱动模块连接到控制模块上，两块滑块上的电磁铁经电磁铁驱动模块连接到控制模块上，液晶显示屏连接到控制模块上，红外光电对管经光电对管模块连接到控制模块上，人体感应器经人体感应放大模块连接到控制模块上，电源模块给光电对管模块、控制模块、人体感应放大模块、步进电机驱动模块、电磁铁驱动模块和液晶显示屏进行供电。

所述的外壳体侧面设有侧门。

所述的外壳体前部设有废旧电池回收盒。

所述的水平导轨和竖直导轨上均开有沿导轨方向的凹槽，上盖两侧通过滑轮连接在水平导轨和竖直导轨的凹槽并沿凹槽移动。

本发明具有以下有益效果：

1）自动感应开盖，显示温馨提示语，更加人性化，并且减少了人与废纸收集箱的直接接触，干净卫生。

2）检测废纸收集箱是否装满，装满时自动压缩废纸，使得空间充分利用。

3）废纸收集箱装满并且不能压缩时，不再开盖，并且屏幕显示请求清理。平时不需要清洁员查看收集箱，节省了人力。

4）开辟投放废旧电池的空间，更加环保。

5）具有良好的封闭性能，避免了接触灰尘，更加卫生。

6）有内胆，便于清理人员清理。

7）成本低，随着电子产品成本的进一步降低，便于推广普及。

附图说明

图1是本发明的外观的立体示意图。

图2是本发明的正面结构示意图。

图3是本发明的侧面结构示意图。

图4是本发明的内部结构示意图。

图5是本发明的废纸压缩机构的结构示意图。

图6是本发明的竖直导轨的立体示意图。

图7是本发明的竖直导轨的正面结构示意图。

图8是本发明的竖直导轨的侧视结构示意图。

图9是本发明的竖直导轨的俯视结构示意图。

图10是本发明的电路系统框图。

图11是本发明的电源模块电路图。

图12是本发明的控制模块电路图。

图13是本发明的光电对管模块电路图。

图14是本发明的人体感应器电路图。

图15是本发明的人体感应放大模块的电路图。

图16是本发明的电磁铁驱动模块电路图。

图17是本发明的步进电机驱动模块电路图。

图中：1、外壳体，2、侧门，3、人体感应器，4、液晶显示屏，5、废旧电池回收盒，6、水平导轨，7、水平滑轮，8、滑轮支架，9、竖直导轨，10、凹槽滑轴，11、曲柄连杆机构、12、步进电机，13、红外光电对管，14、废纸压缩机构，15、电磁铁，16、内胆，17、电源及电路系统盒，18、滑块，19、弹簧，20、压板，21、上盖。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图作进步说明。

如图1所示，本发明包括外壳体1、上盖21和内胆16；外壳体1顶端开口，外壳体1顶端两侧设有水平导轨6，外壳体1靠近后部的两侧内壁上设有竖直导轨9，上盖21一侧支撑滑动连接在两侧的水平导轨6之间，上盖21另一侧支撑滑动连接在两侧的竖直导轨9之间，上盖21另一侧通过曲柄连杆机构11与安装在外壳体1内的步进电机12输出轴连接；外壳体1内设有用于容纳废纸的内胆16，靠近内胆16顶端开口的外壳体1两侧内壁上设有用于检测废纸是否溢出的红外光电对管13，外壳体1前部设有液晶显示屏4和人体感应器3。

上盖21的底面设有用于压缩废纸的废纸压缩机构，废纸压缩机构包括电磁铁15、两块滑块18、弹簧19和压板20，两块滑块18分别套在上盖21底面的直杆两侧并沿直杆移动，弹簧19套在两块滑块18之间的直杆上，两块滑块18内均设有电磁铁15，两块滑块18通过X型铰链与压板20连接。

如图10所示，外壳体1内设有电源及电路系统盒17，电源及电路系统盒17内装有光电对管模块、控制模块、人体感应放大模块、步进电机驱动模块、电磁铁驱动模块和电源模块，步进电机12经步进电机驱动模块连接到控制模块上，两块滑块18上的电磁铁15经电磁铁驱动模块连接到控制模块上，液晶显示屏4连接到控制模块上，红外光电对管13经光电对管模块连接到控制模块上，人体感应器3经人体感应放大模块连接到控制模块上，电源模块给光电对管模块、控制模块、人体感应放大模块、步进电机驱动模块、电磁铁驱动模块和液晶显示屏4进行供电。步进电机12的输出端连接到步进电机驱动模块的输入端，液晶显示屏4的输入接口连接到控制模块的显示输出接口上；人体感应器3的输出接口连接到人体感应放大模块中的各自的输入接口上。

外壳体1侧面设有侧门2。

外壳体1前部设有废旧电池回收盒5。

水平导轨6和竖直导轨9上均开有沿导轨方向的凹槽，上盖21两侧通过滑轮7连接在水平导轨6和竖直导轨9的凹槽并沿凹槽移动，上盖21上侧的滑轮支架8两侧均套有滑轮7，两个滑轮7位于两侧的水平导轨6凹槽内滚动，上盖21上侧的凹槽滑轴10两侧均套有滑轮7，两个滑轮7位于两侧的竖直导轨9凹槽内滚动。

如图10所示，电源模块的输入端接市电，插到220V交流电上即可，输出是5V的电压和9V的电压，5V电压电源供给控制模块、液晶显示屏、人体感应器、人体感应放大模块、光电对管模块、步进电机驱动模块，9V电压电源供给电磁铁驱动模块。

如图12所示，单片机控制模块和液晶显示屏的型号分别采用深圳学林电子有限公司AT89S51和12864LCD。

如图13所示，光电对管模块：单片机引脚P31输出高电平，光电管D3和光电管D2分别为外壳体1内壁两侧红外光电对管13，光电管D3发射信号，若光电管D2能接收到信号，则P30引脚输出高电平，单片机检测到P30引脚的高电平，则表示废纸未到达此位置；若光电管D3发射信号，光电管D2不能接收到信号，则P30引脚输出低电平，单片机检测到P30引脚的低电平，则表示废纸到达此位置。单片机通过引脚P30电平的高低，就可以检测废纸是否已经装满。

如图14所示，人体感应器：称作热释电人体红外线传感器，用于检测人体发射出的红外线，其内部是两个敏感元件反相串联。由于敏感元件的输出电压及其微弱，并且其阻抗很高，故在红外监测电路内部设有场效应管及偏置厚膜电阻R13、R14，从而构成信号放大及阻抗变换电路，一般红外线检测电路自身的接收灵敏度较低，检测距离2米左右，正好满足要求。FET是场效应管，DSG是场效应管的三个极，S是源极，D是漏极，G是栅极。

如图15所示，人体感应放大模块，即人体红外线传感器检测信号放大模块，热释电人体红外线传感器所检测出的人体红外线信号，还不足以进行单片机通讯，其信号必须经过信号放大电路才能更好的被单片机识别。当人体进入PIS的探测区，人体辐射的红外线辐射到热释电红外传感器的敏感元件上，因而在两个电极上产生电荷，该电荷经源极跟随器后，以电压信号输出，反应控制区内的状态变化。当S端有信号输出时，该信号经过Q1、Q2两级放大后，驱动继电器RL1动作，从而使引脚K1端出现高电平，引脚K1连接控制模块的单片机引脚P26，从而实现人体红外线传感器检测信号放大模块将有人接近的信号传递给单片机。

人体感应器和人体感应放大模块均采用“基于51系列单片机及热释电人体红外线传感器的自动空气净化装置”论文中的电路。

如图16所示，电磁铁驱动模块：单片机输出引脚P14，P14输出高电平时，9V电源接通，给电磁铁驱动模块供电，其中电感L1、电感L2即分别为两块滑块18上的电磁铁15内各自的电磁铁线圈，前端的D4~D7是桥式整流电路，是为了防止正负端的连接错误设置的保护性措施，当正负端接反后，对后面的电路没有影响。电阻R21和发光二极管D8的作用是，发光二极管D8指示电磁铁电源打开。通电瞬间，由于电容C15两端的电压很低，使得反向触发器U2的输入端电压低于其出发点呀，反向触发器U2输出端则为高电平状态，控制电子开关S1导通，电阻R23未接入电路，电源电压全部作用于电磁线圈L1、L2的两端，此时电磁线圈L1、L2中的电流为吸合所需的大电流。随着电源通过电阻R22给C15充电，电容C15两端的电压不断升高，当达到反向触发器U2的触发电压时，反向触发器U1的输出端的电压发生跳变，控制电子开关S1关断，此时电阻R23被接入电路，并与电磁线圈L1、L2串联，这时候电路中的电流变小，电磁铁放电，同时二极管D9构成的多级吸收回路开始工作，对电磁线圈L1、L2中产生的磁动势进行放电消耗，避免产生的大电流对控制电路造成的损害，使本控制电路更加安全可靠。这时候，单片机引脚P14输出低电平，切断电磁铁驱动电路的电源，恢复到原来不通电状态；发光二极管D4与发光二极管D5之间的节点之间添加一个三极管Q5和一个电阻R24，连接到控制模块的单片机引脚P14，实现单片机可以控制这个电路。

如图17所示，步进电机驱动模块：单片机四个引脚P10~P13输入到芯片ULN2003，芯片ULN2003输出四个引脚13~16连接CON5的四个插针，CON5插针连接步进电机，通过控制P10~P13四个引脚的输出可以控制步进电机12的旋转方向和旋转速度。

本发明的具体实施例如下：

实施例1：

参见附图1、图14~图15。人体感应自动开盖关盖功能。人体感应器3在感知人靠近收集箱时，产生信号，通过K1引脚传输信号到单片机的P26引脚，经过单片机处理后，控制步进电机转动，步进电机通过曲柄连杆传动装置将上盖打开。人离开后，人体感应器3感应信号消失，通过K1引脚再次传输信号到单片机的P26引脚，经过单片机处理后，控制步进电机反方向转动，步进电机通过曲柄连杆传动装置将上盖自动合上。于此同时，液晶显示屏4上显示“欢迎使用”字样。

参见附图6~图9。步进电机12通过一个曲柄连杆连接凹槽滑轴10，凹槽滑轴10在竖直导轨9内上下滑动。步进电机的转动带动曲柄连杆11上下伸缩，曲柄连杆的另一端连接凹槽滑轴10，实现上下滑动。凹槽滑轴10是上盖21的一部分，上盖的另一侧是两个滑轮，凹槽滑轴10向下移动，会带动上盖21向后倾斜，实现打开上盖的功能，凹槽滑轴10向上移动，会带动上盖21向前倾斜，直到关闭上盖。

实施例2：

参见附图4~图5、图13。自动压缩废纸使空间充分利用。红外光电对管的发射管发射红外光，红外光电对管的接收管接收红外光，当桶内废纸到达特定高度时，遮挡红外信号，接收管接收不到来自发射管的信号，若此情况持续一定时间，该传感器将通过引脚P30发出信号给单片机控制模块，单片机控制模块发出信号，使得自动压缩装置启动，压缩桶内废纸。

参见附图4~图5。废纸压缩机构的两个滑块18中装有电磁铁，当单片机控制模块发出压缩废纸的信号时，电磁铁驱动电路接通，两个滑块18之间产生吸引力，两个滑块18之间的距离缩短，推动压板下移，实现压缩废纸的功能。压板压完后，单片机控制电磁铁驱动电路进行电磁铁消磁，这时候两个滑块18之间的吸引力减小，弹簧19张力的作用下推动滑块回到原来位置，压板返回原先的位置。

参见附图5。废纸压缩机构中，两个电磁铁15分别装在两个滑块18中，两个滑块18之间用弹簧19连接，在电磁铁不通电时，由于弹簧19的张力作用，推动两个滑块18在两侧，压板20保持提起状态。

实施例3：

参见附图1。检测废纸收集箱是否装满功能。若收集箱经过自动压缩后，红外光电对管的接收管仍无法接收到发射管发出的信号，则认为此时箱内废纸已满，桶盖不再打开，这时候，液晶显示屏4上显示“收集箱已满”字样，提醒清洁人员清理废纸。

实施例4：

清理人员清理废纸时，只需打开侧门2，取出内胆16，拿出其中的压缩后的废纸。操作简单，效率高。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于单片机的智能废纸收集设备，其特征在于：包括外壳体（1）、上盖（21）和内胆（16）；外壳体（1）顶端开口，外壳体（1）顶端两侧设有水平导轨（6），外壳体（1）靠近后部的两侧内壁上设有竖直导轨（9），上盖（21）一侧支撑滑动连接在两侧的水平导轨（6）之间，上盖（21）另一侧支撑滑动连接在两侧的竖直导轨（9）之间，上盖（21）另一侧通过曲柄连杆机构（11）与安装在外壳体（1）内的步进电机（12）连接；外壳体（1）内设有用于容纳废纸的内胆（16），靠近内胆（16）顶端开口的外壳体（1）两侧内壁上设有用于检测废纸是否溢出的红外光电对管（13），外壳体（1）前部设有液晶显示屏（4）和人体感应器（3）。

2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能废纸收集设备，其特征在于：所述的上盖（21）的底面设有用于压缩废纸的废纸压缩机构（14），废纸压缩机构（14）包括电磁铁（15）、两块滑块（18）、弹簧（19）和压板（20），两块滑块（18）分别套在上盖（21）底面的直杆两侧并沿直杆移动，弹簧（19）套在两块滑块（18）之间的直杆上，两块滑块（18）内均设有电磁铁（15），两块滑块（18）通过X型铰链与压板（20）连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于单片机的智能废纸收集设备，其特征在于：所述的外壳体（1）内设有电源及电路系统盒（17），电源及电路系统盒（17）内装有光电对管模块、控制模块、人体感应放大模块、步进电机驱动模块、电磁铁驱动模块和电源模块，步进电机（12）经步进电机驱动模块连接到控制模块上，两块滑块（18）上的电磁铁（15）经电磁铁驱动模块连接到控制模块上，液晶显示屏（4）连接到控制模块上，红外光电对管（13）经光电对管模块连接到控制模块上，人体感应器（3）经人体感应放大模块连接到控制模块上，电源模块给光电对管模块、控制模块、人体感应放大模块、步进电机驱动模块、电磁铁驱动模块和液晶显示屏（4）进行供电。

4.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能废纸收集设备，其特征在于：所述的外壳体（1）侧面设有侧门（2）。

5.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能废纸收集设备，其特征在于：所述的外壳体（1）前部设有废旧电池回收盒（5）。

6.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能废纸收集设备，其特征在于：所述的水平导轨（6）和竖直导轨（9）上均开有沿导轨方向的凹槽，上盖（21）两侧通过滑轮（7）连接在水平导轨（6）和竖直导轨（9）的凹槽并沿凹槽移动。

Images