CN111017428A - 一种基于ZigBee的智能分类垃圾桶控制系统 - Google Patents

一种基于ZigBee的智能分类垃圾桶控制系统 Download PDF

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Abstract

一种基于ZigBee的智能分类垃圾桶控制系统，包括定位信号接收系统，用于接收显示监测区域内各个垃圾桶内部情况信息并在垃圾桶已满时定位该垃圾桶的位置信息；ZigBee网状网络拓扑结构，用于连接定位信号接收系统和各个垃圾桶控制检测单元传输各个垃圾桶内部情况信息；垃圾桶控制检测单元，用于检测相应垃圾桶的内部情况，辨别特定垃圾分类并进行指示投放。本发明的有益效果：可以实现向环卫工人报告监测区域内各个垃圾桶内部情况并且提示来往行人，可以实现辨别特定垃圾类型并且具有指示投放功能。

Description

一种基于ZigBee的智能分类垃圾桶控制系统
技术领域
本发明涉及智能分类垃圾桶控制系统技术领域，特别是一种基于ZigBee的智能分类垃圾桶控制系统。
背景技术
随着人们环境保护意识日益增强，垃圾分类规则也越来越复杂，对垃圾分类规则的陌生，导致处理垃圾不正确，将会阻碍环境保护的发展。由于垃圾桶内部的情况很难进行观察，环卫工人需要对每一个垃圾桶进行确认排查垃圾桶是否已满，对于环卫工人来说既费时又费力。
当垃圾桶内部空间用尽时，人们往往会因为无法得知内部情况而继续投放垃圾，从而破坏周围环境的干净与整洁。因此需要研究出一种垃圾桶控制系统解决上述问题的发生。
发明内容
针对传统垃圾桶在应用中的缺陷，本发明目的在于提供一种可以实现向环卫工人报告监测区域内各个垃圾桶内部情况并且提示来往行人，可以实现辨别特定垃圾类型并且具有指示投放功能的基于ZigBee的智能分类垃圾桶控制系统。
本发明采用的技术方案是：
一种基于ZigBee的智能分类垃圾桶控制系统，其特征在于：包括
定位信号接收系统，用于接收显示监测区域内各个垃圾桶内部情况信息并在垃圾桶已满时定位该垃圾桶的位置信息；
ZigBee网状网络拓扑结构，用于连接定位信号接收系统和各个垃圾桶控制检测单元传输各个垃圾桶内部情况信息；
垃圾桶控制检测单元，用于检测相应垃圾桶的内部情况，辨别特定垃圾分类并进行指示投放。
进一步，所述垃圾桶控制检测单元包括
单片机控制系统，用于根据接收到的相应检测信息进行垃圾投放指示以及各垃圾桶内部情况信息指示；
湿度检测指示电路，用于检测垃圾的湿度并将检测到的垃圾湿度信息传输给单片机控制系统进行投放的垃圾是否为湿垃圾的辨别；
气体检测指示电路，用于检测垃圾的有害气体信息并将检测到的垃圾有害气体信息传输给单片机控制系统进行投放的垃圾是否为有害垃圾的辨别；
红外人体感应传感器，用于感应周围的人体活动并在感应到有人体活动时输出相应信息给单片机控制系统；
红外发射接收传感器，用于监测垃圾桶内部情况并将相应情况信息传输给单片机控制系统；
LED灯指示电路，用于提示行人垃圾桶的容量情况并由单片机控制系统控制进行相应指示；
LCD显示电路，用于提示行人垃圾桶的容量情况以及提示当前投放的垃圾类别并由单片机控制系统控制进行相应指示；
供电单元，用于给垃圾桶控制检测单元进行供电。
进一步，所述ZigBee网状网络拓扑结构包括ZigBee协调器、ZigBee路由器、ZigBee终端监测节点，所述ZigBee协调器上能连接有若干个ZigBee路由器，所述ZigBee路由器上能连接有若干个ZigBee路由器子节点，所述ZigBee终端监测节点能连接于ZigBee路由器子节点、ZigBee路由器、ZigBee协调器；所述ZigBee终端监测节点与垃圾桶控制检测单元通讯连接，所述ZigBee协调器与定位信号接收系统通信连接。
进一步，所述定位信号接收系统包括单片机、若干个无线通信模块、若干个手机客户端，所述单片机与ZigBee协调器通讯连接，所述单片机通过无线通信模块与手机客户端通讯连接。
进一步，还包括垃圾房屋体结构，所述垃圾房物体结构内设置有4个盛放不同类型垃圾的垃圾桶，所述垃圾桶控制检测单元设置于垃圾房屋体结构。
进一步，所述湿度检测指示电路的温湿度传感器、所述气体检测指示电路的气体检测传感器、所述红外人体感应传感器安装于垃圾房屋体结构的屋檐下，所述LCD显示电路的LCD显示屏、所述LED灯指示电路的LED有害垃圾指示灯和LED湿垃圾指示灯以及对应各垃圾桶内部容量的4个不同颜色的LED指示灯均设置于垃圾房屋体结构的墙体上，多对所述红外发射接收传感器纵向等间隔安装于各个垃圾桶内。
进一步，所述LED有害垃圾指示灯和LED湿垃圾指示灯的安装位置对应内部有害垃圾桶和湿垃圾桶的位置。
进一步，所述垃圾桶包括内桶和外桶，所述红外发射接收传感器的接收模块和发射模块正对安装于外桶的内壁，所述内桶对应接收模块和发射模块的位置开设有小孔。
进一步，最高一对所述红外发射接收传感器设置于距离垃圾桶口2cm的位置。
本发明的有益效果：可以实现向环卫工人报告监测区域内各个垃圾桶内部情况并且提示来往行人，可以实现辨别特定垃圾类型并且具有指示投放功能。
附图说明
图1为本发明的基于ZigBee的智能分类垃圾桶控制系统得系统框图；
图2为图1中垃圾桶控制检测单元的系统框图；
图3为ZigBee网络网状拓扑结构图；
图4为垃圾房屋体结构图；
图5为垃圾桶物位检测示意图；
图6为垃圾分类提示流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
本实施例提供了一种基于ZigBee的智能分类垃圾桶控制系统，包括定位信号接收系统，用于接收显示监测区域内各个垃圾桶内部情况信息并在垃圾桶已满时定位该垃圾桶的位置信息；ZigBee网状网络拓扑结构，用于连接定位信号接收系统和各个垃圾桶控制检测单元传输各个垃圾桶内部情况信息；垃圾桶控制检测单元，用于检测相应垃圾桶的内部情况，辨别特定垃圾分类并进行指示投放。
参见图1，一种基于ZigBee的智能分类垃圾桶控制系统具体包括：手机客户端1、GPRS无线通信模块2、单片机3、协调器4、路由器5、ZigBee通信模块6以及垃圾桶控制检测单元7；协调器4、路由器5、ZigBee通信模块6使用ZigBee无信通讯技术，组建ZigBee无线通信网络，监测大范围区域内所在垃圾桶的内部情况；所述的手机客户端1、GPRS无线通信模块2以及单片机3构成定位信息接收发送单元；所述的单片机3通过串口与协调器4连接，实现数据传输，所述的协调器4与多个路由器5以及多个ZigBee终端设备组成网状拓扑结构连接，每一个ZigBee通信模块6都与一个垃圾房里的垃圾桶控制检测单元7连接，垃圾桶控制检测单元7中的红外发射接收传感器对垃圾桶内部情况进行监测，由单片机将监测到的数据串口传输给ZigBee通信模块6，再由ZigBee无线通信传输至协调器4，最后通过RS-232协议的串口通信方式将协调器4接收到的数据传输给单片机3，单片机3在通过GPRS无线通信将接收到的数据发送给手机客户端1。其中所述的ZigBee无线网络通信采用ZigBee无线通信模块实现，本发明采用TI公司的CC2530芯片开发板模块，但不局限于使用该型号的ZigBee无线通讯模块实现，像TI公司的ZigBee芯片cc2430开发板模块以及飞思卡尔公司的ZigBee芯片MC13224开发板模块均可替代使用。所述的单片机3为STC12系列单片机，但不局限于使用该型号的单片机芯片，像STC公司的STC15系列的单片机芯片或者是功能更加复杂、高级的意法半导体公司研发的STM32单片机均可替代使用。
所述的定位信息接收发送单元中的单片机3接收到来自垃圾桶控制检测单元7的信号后，根据信号判断终端的垃圾桶是否已满，若垃圾桶已满则读取ZigBee终端网络地址，若垃圾桶未满则不读取；所述的定位信息接收发送单元中的单片机的内部程序已经按照编号以及地理位置的信息与ZigBee终端网络地址一一对应，获取到ZigBee终端网络地址即可获取垃圾桶的编号以及地理位置信息；所述的定位信息接收发送单元通过GPRS无线通讯技术，以短信的方式通知手机客户端关于周围垃圾桶的位置信息以及内部情况。
参见图2，作为ZigBee终端设备中的一部分，垃圾桶控制检测单元设有多种功能传感器，用于检测周围环境的变化以及提示的作用。供电单元23为单片机以及该单元中的所有传感器提供电源，单片机控制系统21接收来自湿度检测指示电路22、红外人体感应传感器24以及红外发射接收传感器27发送的电信号，当红外人体感应传感器24感应到人体活动时，单片机21分析来自垃圾桶内部安装的4对红外发射接收传感器27的电信号，控制LCD显示电路25以及LED灯指示电路26针对各个垃圾桶内部的不同情况作出提示；
所述的湿度检测指示电路22用于辨别投放的垃圾是否为湿垃圾，在单片机控制程序中事先设定好湿度阈值，当湿度检测指示电路22传输回单片机的数据大于阈值时，默认投放垃圾为湿垃圾，单片机在控制LCD显示屏显示湿垃圾提示，控制点亮LED湿垃圾指示灯；
所述的气体检测指示电路28用于辨别投放的垃圾是否为有害垃圾，在单片机控制程序中事先设定好甲醛等有害气体浓度阈值，当气体检测指示电路28传输回单片机的数据大于阈值时，默认投放垃圾为有害垃圾，单片机在控制LCD显示屏显示有害垃圾提示，控制点亮LED有害垃圾指示灯；
所述的红外人体感应传感器24用于感应周围的人体活动，感应到周围有人体活动后，会产生电平变化并发送给单片机21；所述的人体红外感应传感器能通过调节传感器自带的电位器调节感应范围的大小，调节范围为：0～5米，适用于工作在不同的环境场合；
所述的红外发射接收传感器27用于监测垃圾桶内部情况，根据4对红外发射接收传感器27在垃圾桶内的安装位置，单片机控制程序会根据每对红外发射接收传感器27传输回单片机的电信号，控制LCD显示屏提示当前垃圾桶容量以及点亮不同颜色的LED指示灯进行提示；
所述的LCD显示电路25用于提示行人垃圾桶的容量情况以及提示当前投放的垃圾类别，LCD12864内置汉字字库，提供8192个16*16点阵汉字，通过单片机控制程序控制LCD12864写入需要使用的汉字字符串进行显示；
所述的LED灯指示电路26用于提示行人垃圾桶的容量情况，各个垃圾桶内部的4对红外发射接收传感器27从上到下依次对应LED指示灯的颜色分别为红、橙、黄、绿，LED指示灯结合LCD显示电路25每隔15秒轮流显示各个垃圾桶内部的容量情况。
参见图3，ZigBee组网需要用到一个ZigBee协调器31、一系列ZigBee路由器32以及一系列ZigBee终端节点33。ZigBee协调器31连接若干个路由器32以及ZigBee终端节点33，而它的ZigBee路由器32子节点又连接着若干个ZigBee路由器32以及ZigBee终端节点33，而路由节点之间可以直接通讯，这种网络拓扑方式使得ZigBee通讯更加灵活有效。
参见图4，智能分类垃圾桶控制系统设有垃圾房屋体结构，垃圾房内可以容纳4只盛放不同类型垃圾的垃圾桶，垃圾房具有屋檐结构，用于防止雨水进入垃圾桶内；垃圾桶控制检测单元作为终端设备的一部分，设置于垃圾房屋体结构，在整个控制系统中发挥着主要的作用。4只垃圾桶分别为：可回收垃圾桶、有害垃圾桶、湿垃圾桶、干垃圾桶。屋檐下方安装有温湿度传感器45、红外人体感应传感器46以及气体检测传感器47，垃圾投放口正下方安装有LCD显示屏48、LED湿垃圾指示灯49以及LED有害垃圾指示灯40，其中LED湿垃圾指示灯49和LED有害垃圾指示灯40安装位置与内部湿垃圾桶和有害垃圾桶的位置对应，垃圾投放口的左侧安装有4盏LED指示灯，分别为LED红色指示灯44、LED橙色指示灯43、LED黄色指示灯42以及LED绿色指示灯41，用于指示垃圾桶内部容量。
所述的的温湿度传感器45，通过单总线的方式与单片机进行数据交换，温湿度数据以一定的排列顺序输出，预先在控制程序设定好湿度的的阈值范围，当温湿度传感器45反馈给单片机的实时湿度数值大于设定阈值时，则系统认定为即将投放物为湿垃圾，安装在湿垃圾桶外侧的LED指示灯亮起提示以及垃圾桶正面的LCD显示屏48出现文字提示；
所述的人体红外感应传感器46，通过旋转传感器的旋钮可以调节感应区域的大小，本发明为了精确地感应到周围人体活动，将感应区域设置成最小值，防止出现偏差，当传感器感应到周围人体活动时，产生电信号反馈给单片机，单片机接收到信号才会控制LCD显示屏48以及LED指示灯作出提示作用。
参见图5，垃圾桶分为外桶51和内桶52，红外发射接收模块53固定在外桶51的内壁上，接收模块与发射模块正对安装，每组红外发射接收模块53间隔距离相同；内桶52设有小孔，方便红外发射接收模块53的红外线发射接收。红外发射器通电后就能产生红外线，红外接收器会因是否接收到红外线产生电平变化。其中最高的一对红外发射接收传感器距离垃圾桶口下方2厘米的位置。
参见图6，投放的垃圾经过安装在垃圾房屋檐下的气体检测传感器以及温湿度传感器检测后，由单片机内部运算得到的数据和程序预先设定的阈值比较大小，以此来判断垃圾的类别并且使用LCD显示屏以及LED灯指示。具体的，该垃圾房的外部设有垃圾桶内部物位提示装置，外部表面安装有4只颜色不同的LED指示灯以及LCD显示屏，LCD显示屏每隔15秒轮流显示4只垃圾桶内部物位情况，显示格式如“可回收垃圾桶已用容量50％”，同时LED指示灯也会根据不同类型的垃圾桶内部情况进行灯光提示，LED指示灯从上到下颜色依次为：红、橙、黄、绿四种，其中绿色代表内部容量已用25％，黄色代表内部容量已用50％，以此类推，当4只垃圾桶中的任一一个垃圾桶容量用尽时，单片机会通过ZigBee网络发出指令信息给定位信息接收发送单元的单片机并且LCD显示屏显示“请勿投放垃圾至**垃圾桶”。

Claims (9)

1.一种基于ZigBee的智能分类垃圾桶控制系统，其特征在于：包括
定位信号接收系统，用于接收显示监测区域内各个垃圾桶内部情况信息并在垃圾桶已满时定位该垃圾桶的位置信息；
ZigBee网状网络拓扑结构，用于连接定位信号接收系统和各个垃圾桶控制检测单元传输各个垃圾桶内部情况信息；
垃圾桶控制检测单元，用于检测相应垃圾桶的内部情况，辨别特定垃圾分类并进行指示投放。
2.如权利要求1所述的一种基于ZigBee的智能分类垃圾桶控制系统，其特征在于：所述垃圾桶控制检测单元包括
单片机控制系统，用于根据接收到的相应检测信息进行垃圾投放指示以及各垃圾桶内部情况信息指示；
湿度检测指示电路，用于检测垃圾的湿度并将检测到的垃圾湿度信息传输给单片机控制系统进行投放的垃圾是否为湿垃圾的辨别；
气体检测指示电路，用于检测垃圾的有害气体信息并将检测到的垃圾有害气体信息传输给单片机控制系统进行投放的垃圾是否为有害垃圾的辨别；
红外人体感应传感器，用于感应周围的人体活动并在感应到有人体活动时输出相应信息给单片机控制系统；
红外发射接收传感器，用于监测垃圾桶内部情况并将相应情况信息传输给单片机控制系统；
LED灯指示电路，用于提示行人垃圾桶的容量情况并由单片机控制系统控制进行相应指示；
LCD显示电路，用于提示行人垃圾桶的容量情况以及提示当前投放的垃圾类别并由单片机控制系统控制进行相应指示；
供电单元，用于给垃圾桶控制检测单元进行供电。
3.如权利要求1所述的一种基于ZigBee的智能分类垃圾桶控制系统，其特征在于：所述ZigBee网状网络拓扑结构包括ZigBee协调器、ZigBee路由器、ZigBee终端监测节点，所述ZigBee协调器上能连接有若干个ZigBee路由器，所述ZigBee路由器上能连接有若干个ZigBee路由器子节点，所述ZigBee终端监测节点能连接于ZigBee路由器子节点、ZigBee路由器、ZigBee协调器；所述ZigBee终端监测节点与垃圾桶控制检测单元通讯连接，所述ZigBee协调器与定位信号接收系统通信连接。
4.如权利要求3所述的一种基于ZigBee的智能分类垃圾桶控制系统，其特征在于：所述定位信号接收系统包括单片机、若干个无线通信模块、若干个手机客户端，所述单片机与ZigBee协调器通讯连接，所述单片机通过无线通信模块与手机客户端通讯连接。
5.如权利要求2所述的一种基于ZigBee的智能分类垃圾桶控制系统，其特征在于：还包括垃圾房屋体结构，所述垃圾房物体结构内设置有4个盛放不同类型垃圾的垃圾桶，所述垃圾桶控制检测单元设置于垃圾房屋体结构。
6.如权利要求5所述的一种基于ZigBee的智能分类垃圾桶控制系统，其特征在于：所述湿度检测指示电路的温湿度传感器、所述气体检测指示电路的气体检测传感器、所述红外人体感应传感器安装于垃圾房屋体结构的屋檐下，所述LCD显示电路的LCD显示屏、所述LED灯指示电路的LED有害垃圾指示灯和LED湿垃圾指示灯以及对应各垃圾桶内部容量的4个不同颜色的LED指示灯均设置于垃圾房屋体结构的墙体上，多对所述红外发射接收传感器纵向等间隔安装于各个垃圾桶内。
7.如权利要求6所述的一种基于ZigBee的智能分类垃圾桶控制系统，其特征在于：所述LED有害垃圾指示灯和LED湿垃圾指示灯的安装位置对应内部有害垃圾桶和湿垃圾桶的位置。
8.如权利要求6所述的一种基于ZigBee的智能分类垃圾桶控制系统，其特征在于：所述垃圾桶包括内桶和外桶，所述红外发射接收传感器的接收模块和发射模块正对安装于外桶的内壁，所述内桶对应接收模块和发射模块的位置开设有小孔。
9.如权利要求8所述的一种基于ZigBee的智能分类垃圾桶控制系统，其特征在于：最高一对所述红外发射接收传感器设置于距离垃圾桶口2cm的位置。
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