CN111056179A - 一种智能垃圾桶 - Google Patents

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Abstract

为了解决现有的垃圾桶机器人系统存在转向难、无法准确提出倾倒垃圾的预警的情形，本发明提出一种智能垃圾桶，其包括：主控单元、电源模块、无线通讯模块、红外避障模块、电机驱动模块、语音播报模块、超声波模块、惯性导航模块和舵机，其中电源模块分别给主控单元、无线通讯模块、红外避障模块、电机驱动模块、语音播报模块、超声波模块和舵机供电，主控单元与电源模块、无线通讯模块、红外避障模块、电机驱动模块、语音播报模块、超声波模块、惯性导航模块和舵机电性连接，其中，主控单元选择Arduino板，Arduino板中含有能够控制智能垃圾桶进行智能移动和语音报警的的程序，其特征在于，超声波模块位于垃圾桶的顶盖，可以随时监测垃圾桶内的垃圾的高度。

Description

一种智能垃圾桶
技术领域
本发明涉及网络信息技术领域，较为具体的，涉及到一种智能垃圾桶。
背景技术
人们在日常生活的过程中会不断的制造垃圾，随着现代人生活水平的提高，人们对居家生活中的垃圾桶的要求也越来越高，垃圾桶的智能化已经是大势所趋。有专利申请号为CN201510333528.5的发明专利提出一种垃圾桶机器人系统，其包括机器人、充电座及遥控终端；机器人包括桶体、行动轮、智能控制模块、遥控信号探测模块及可充电电源模块；智能控制模块包括主控单元、行动控制单元、导航控制单元及避障控制单元，所述遥控终端与遥控信号探测模块通讯配合，所述行动控制单元与行动轮驱动配合，所述充电座为所述可充电电源模块提供电源，可充电电源模块为机器人提供工作电源。
采用这种垃圾桶机器人系统，看起来功能很完善，但是其存在以下缺点：垃圾桶的导航控制单元在驱动轮子运动时，存在转向难的问题，并且存在垃圾已经堆放超出垃圾桶的顶盖，依旧不提醒用户更换倾倒垃圾的情形，在实际使用过程中并不是很适用。
发明内容
有鉴于此，为了解决现有的垃圾桶机器人系统存在转向难、并且垃圾堆放过量但是仍然不提出倾倒垃圾的预警的情形，本发明提出一种智能垃圾桶，其通过超声波模块对垃圾桶内的垃圾的高度进行检测，并随时反馈给主控单元，当超声波模块检测到垃圾桶内的垃圾的高度超过设定高度时，并且超声波模块检测到垃圾桶内的高度为垃圾桶的本身的高度时，则主控单元提供一个高电平给到语音播报模块，语音播报模块启动，播报语音，提醒用户及时倒垃圾并更换垃圾袋；当超声波模块检测到垃圾桶内的高度为垃圾桶的本身的高度时，则会给主控单元发出一个信号，主控单元会在收到该信号后进行计时，当计时达到设定天数后，则主控单元给语音播报模块发出信号，语音播报模块则发出语音报警提醒用户倾倒垃圾，并且及时更换垃圾袋。
一种智能垃圾桶，其包括：主控单元、电源模块、无线通讯模块、红外避障模块、电机驱动模块、语音播报模块、超声波模块、惯性导航模块和舵机，其中电源模块分别给主控单元、无线通讯模块、红外避障模块、电机驱动模块、语音播报模块、超声波模块和舵机供电，主控单元与电源模块、无线通讯模块、红外避障模块、电机驱动模块、语音播报模块、超声波模块、惯性导航模块和舵机通过排针外接在arduino的gpio口，其中，主控单元选择Arduino板，Arduino板中含有能够控制智能垃圾桶进行智能移动和语音报警的的程序，其特征在于，超声波模块位于垃圾桶的顶盖，可以随时监测垃圾桶内的垃圾的高度，所述的智能垃圾桶的语音报警的功能通过如下步骤进行实现：
S1，电源模块给各模块供电；
S2，位于顶盖上的超声波模块随时监测垃圾桶内的垃圾的高度，当超声波模块检测到垃圾桶内的高度到达垃圾桶总高度的4/5时，超声波检测模块发出一个高电平信号给Arduino板；
S3，Arduino板输出一个高电平信号给语音播报模块，触发其播报预先录入在语音播报模块中的其中一条语音“垃圾即将倒满，请及时倒垃圾并更换垃圾袋”；同时Arduino板输出一个高电平信号给无线通讯模块，由无线通讯模块将垃圾即将装满的信息传送给智能终端，用于提醒用户对垃圾桶进行及时处理；
S4，当超声波模块检测到垃圾桶内的高度下降，并且下降为垃圾桶底部的高度时，则默认刚刚更换为新的垃圾袋，超声波模块发出一个高电平信号给Arduino板，Arduino板记录更换新的垃圾袋的时间，同时Ardunio板开始对更换垃圾袋的时间进行计时，当Ardunio板计时到预设的时间值时，超声波模块没有发出新的高电平信号，也就是超声波模块没有发出垃圾桶内的垃圾总高度已经达到4/5的高度的信号时给Arduino板，则Ardunio板发出一个高电平信号给语音播报模块，触发其播报预先录入在语音播报模块中的其中一条语音“垃圾桶已经N天未清理，请及时倒垃圾并更换垃圾袋”；
S5，当Ardunio板计时还没有达到预设的时间值时，超声波模块已经发出新的高电平信号，也就是超声波模块已经发出垃圾桶内的垃圾总高度已经达到4/5的高度的信号时给Arduino板，则进入循环步骤S3～S4。
进一步的，语音播报模块选用宽电压8V～24V、高音质、功能强大的多路放音板，支持TTL串口控制，其可以通过4路IO口与Ardunio板连接，并能够指定1～4段语音播放，其可以采用TF卡作为存储介质，并且能够轻松驱动功率为10W的喇叭播放声音。
进一步的，语音播报模块上设有USB接口，所述的USB接口暴露在垃圾桶的外部，这样可以直接通过外接设备向语音播报模块中输入语音，操作简单方便。
进一步的，超声波模块采用非接触式感应距离测试模块，其测量精度可以高达3mm，超声波模块包括发射器、接收器和控制电路，超声波模块的外围设有输入口和输出口，其输入端每隔10us输出一个高电平信号，超声波模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回，当有信号返回时，通过输出口输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，测试的距离＝(高电平时间*声速340m/s)/2。
进一步的，在垃圾桶的正前方安装三个红外避障模块，红外避障模块分别位于垃圾桶正前方的上部、中部和下部，这样可以有效监测垃圾桶前行过程中遇到的障碍物，防止垃圾桶被撞翻。
进一步的，每一个红外避障模块包括一个红外发射管、一个红外接收管和比较器电路，红外发射管发射出红外线，当红外发射管的检测方向上没有障碍物时，红外接受管接收不到发射管发出的红外信号，此时比较器电路的输出端的正电压高于输入端的负电压，输出端输出高电平给Arduino板；当红外发射管的检测方向上遇到障碍物时，发射出去的红外线会被发射回来同时被接收管接收，此时比较器电路的输出端的正电压低于输入端的负电压，输出端输出低电平给Arduino板，Arduino板输出控制信号给电机驱动模块，由电机驱动模块驱动电机工作。更进一步的，红外避障模块的型号采用LM393。
进一步的，红外避障模块上还设有电位器，通过调节电位器的旋钮的角度，可以用于调节红外测试的有效距离，红外测试的有效距离为2～30cm。
进一步的，Arduino板的其中一个管角通过一个电机驱动模块后与两个电机分别连接，电机驱动模块可以将工作电压从5V放大到12V，Arduino板通过输出调节PWM波，从而控制电机的输入端电压，当输出给两个电机的电压不同时，垃圾桶进行转向动作，当输出给两个电机的电压完全相同时，则垃圾桶进行执行动作。
进一步的，舵机包括伺服器和输出轴，当Arduino板向舵机发送一个控制信号时，舵机的输出轴可以转到特定的位置，只要Arduino板向舵机发送的控制信号持续不变，舵机就保持轴的角度位置不变，当Arduino板向舵机发送的控制信号改变，舵机的输出轴的位置也会发生相应的变化。
由此可见，本发明的智能垃圾桶有如下优势：(1)当垃圾桶内的垃圾超过一定的量或者垃圾桶内的垃圾超过规定的天数时，垃圾桶会发出警报声，提醒主人更换垃圾袋。(2)垃圾桶可以通过智能终端进行遥控，实现人在远处，垃圾桶可以自动行动到用户身边。(3)垃圾桶利用红外避障功能，在垃圾桶行进的过程中如果遇到障碍物，可以进行避障前进。
附图说明
图1为本发明的智能垃圾桶的电路图。
图2为本发明的智能垃圾桶的结构示意图。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
具体实施案例1：
如图1所示，为本发明的智能垃圾桶的电路图；如图2所示，为本发明的智能垃圾桶的结构示意图。一种智能垃圾桶，其包括：主控单元、电源模块、无线通讯模块、红外避障模块、电机驱动模块、语音播报模块、超声波模块、惯性导航模块和舵机，其中电源模块分别给主控单元、无线通讯模块、红外避障模块、电机驱动模块、语音播报模块、超声波模块和舵机供电，主控单元与电源模块、无线通讯模块、红外避障模块、电机驱动模块、语音播报模块、超声波模块、惯性导航模块和舵机排针外接在arduino的gpio口，其中，主控单元选择Arduino板，Arduino板中含有能够控制智能垃圾桶进行智能移动和语音报警的的程序，其特征在于，超声波模块位于垃圾桶的顶盖，可以随时监测垃圾桶内的垃圾的高度，所述的智能垃圾桶的语音报警的功能通过如下步骤进行实现：
S1，电源模块给各模块供电；
S2，位于顶盖上的超声波模块随时监测垃圾桶内的垃圾的高度，当超声波模块检测到垃圾桶内的高度到达垃圾桶总高度的4/5时，超声波检测模块发出一个高电平信号给Arduino板；
S3，Arduino板输出一个高电平信号给语音播报模块，触发其播报预先录入在语音播报模块中的其中一条语音“垃圾即将倒满，请及时倒垃圾并更换垃圾袋”；同时Arduino板输出一个高电平信号给无线通讯模块，由无线通讯模块将垃圾即将装满的信息传送给智能终端，用于提醒用户对垃圾桶进行及时处理；
S4，当超声波模块检测到垃圾桶内的高度下降，并且下降为垃圾桶底部的高度时，则默认刚刚更换为新的垃圾袋，超声波模块发出一个高电平信号给Arduino板，Arduino板记录更换新的垃圾袋的时间，同时Ardunio板开始对更换垃圾袋的时间进行计时，当Ardunio板计时到预设的时间值时，超声波模块没有发出新的高电平信号，也就是超声波模块没有发出垃圾桶内的垃圾总高度已经达到4/5的高度的信号时给Arduino板，则Ardunio板发出一个高电平信号给语音播报模块，触发其播报预先录入在语音播报模块中的其中一条语音“垃圾桶已经N天未清理，请及时倒垃圾并更换垃圾袋”；
S5，当Ardunio板计时还没有达到预设的时间值时，超声波模块已经发出新的高电平信号，也就是超声波模块已经发出垃圾桶内的垃圾总高度已经达到4/5的高度的信号时给Arduino板，则进入循环步骤S3～S4。
其中，语音播报模块选用宽电压8V～24V、高音质、功能强大的多路放音板，支持TTL串口控制，其可以通过4路IO口与Ardunio板连接，并能够指定1～4段语音播放，其可以采用TF卡作为存储介质，并且能够轻松驱动功率为10W的喇叭播放声音。语音播报模块上设有USB接口，所述的USB接口暴露在垃圾桶的外部，这样可以直接通过外接设备向语音播报模块中输入语音，操作简单方便。
超声波模块采用非接触式感应距离测试模块，其测量精度可以高达3mm，超声波模块包括发射器、接收器和控制电路，超声波模块的外围设有输入口和输出口，其输入端每隔10us输出一个高电平信号，超声波模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回，当有信号返回时，通过输出口输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，测试的距离＝(高电平时间*声速340m/s)/2。
在垃圾桶的正前方安装三个红外避障模块，红外避障模块分别位于垃圾桶正前方的上部、中部和下部，这样可以有效监测垃圾桶前行过程中遇到的障碍物，防止垃圾桶被撞翻。
每一个红外避障模块包括一个红外发射管、一个红外接收管和比较器电路，红外发射管发射出红外线，当红外发射管的检测方向上没有障碍物时，红外接受管接收不到发射管发出的红外信号，此时比较器电路的输出端的正电压高于输入端的负电压，输出端输出高电平给Arduino板；当红外发射管的检测方向上遇到障碍物时，发射出去的红外线会被发射回来同时被接收管接收，此时比较器电路的输出端的正电压低于输入端的负电压，输出端输出低电平给Arduino板，Arduino板输出控制信号给电机驱动模块，由电机驱动模块驱动电机工作。更进一步的，红外避障模块的型号采用LM393。
红外避障模块上还设有电位器，通过调节电位器的旋钮的角度，可以用于调节红外测试的有效距离，红外测试的有效距离为2～30cm。
Arduino板的其中一个管角通过一个电机驱动模块后与两个电机分别连接，电机驱动模块可以将工作电压从5V放大到12V，Arduino板通过输出调节PWM波，从而控制电机的输入端电压，当输出给两个电机的电压不同时，垃圾桶进行转向动作，当输出给两个电机的电压完全相同时，则垃圾桶进行执行动作。
舵机包括伺服器和输出轴，当Arduino板向舵机发送一个控制信号时，舵机的输出轴可以转到特定的位置，只要Arduino板向舵机发送的控制信号持续不变，舵机就保持轴的角度位置不变，当Arduino板向舵机发送的控制信号改变，舵机的输出轴的位置也会发生相应的变化。
由此可见，如上所述的智能垃圾桶有如下优势：(1)当垃圾桶内的垃圾超过一定的量或者垃圾桶内的垃圾超过规定的天数时，垃圾桶会发出警报声，提醒主人更换垃圾袋。(2)垃圾桶可以通过智能终端进行遥控，实现人在远处，垃圾桶可以自动行动到用户身边。(3)垃圾桶利用红外避障功能，在垃圾桶行进的过程中如果遇到障碍物，可以进行避障前进。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种智能垃圾桶，其包括：主控单元、电源模块、无线通讯模块、红外避障模块、电机驱动模块、语音播报模块、超声波模块、惯性导航模块和舵机，其中电源模块分别给主控单元、无线通讯模块、红外避障模块、电机驱动模块、语音播报模块、超声波模块和舵机供电，主控单元与电源模块、无线通讯模块、红外避障模块、电机驱动模块、语音播报模块、超声波模块、惯性导航模块和舵机电性连接，其中，主控单元选择Arduino板，Arduino板中含有能够控制智能垃圾桶进行智能移动和语音报警的的程序，其特征在于，超声波模块位于垃圾桶的顶盖，可以随时监测垃圾桶内的垃圾的高度，所述的智能垃圾桶的语音报警的功能通过如下步骤进行实现：
S1，电源模块给各模块供电；
S2，位于顶盖上的超声波模块随时监测垃圾桶内的垃圾的高度，当超声波模块检测到垃圾桶内的高度到达垃圾桶总高度的4/5时，超声波检测模块发出一个高电平信号给Arduino板；
S3，Arduino板输出一个高电平信号给语音播报模块，触发其播报预先录入在语音播报模块中的其中一条语音“垃圾即将倒满，请及时倒垃圾并更换垃圾袋”；同时Arduino板输出一个高电平信号给无线通讯模块，由无线通讯模块将垃圾即将装满的信息传送给智能终端，用于提醒用户对垃圾桶进行及时处理；
S4，当超声波模块检测到垃圾桶内的高度下降，并且下降为垃圾桶底部的高度时，则默认刚刚更换为新的垃圾袋，超声波模块发出一个高电平信号给Arduino板，Arduino板记录更换新的垃圾袋的时间，同时Ardunio板开始对更换垃圾袋的时间进行计时，当Ardunio板计时到预设的时间值时，超声波模块没有发出新的高电平信号，也就是超声波模块没有发出垃圾桶内的垃圾总高度已经达到4/5的高度的信号时给Arduino板，则Ardunio板发出一个高电平信号给语音播报模块，触发其播报预先录入在语音播报模块中的其中一条语音“垃圾桶已经N天未清理，请及时倒垃圾并更换垃圾袋”；
S5，当Ardunio板计时还没有达到预设的时间值时，超声波模块已经发出新的高电平信号，也就是超声波模块已经发出垃圾桶内的垃圾总高度已经达到4/5的高度的信号时给Arduino板，则进入循环步骤S3～S4。
2.如权利要求1所述的智能垃圾桶，其特征在于：语音播报模块选用宽电压8V～24V、高音质、功能强大的多路放音板，支持TTL串口控制，其可以通过4路IO口与Ardunio板连接，并能够指定1～4段语音播放，其可以采用TF卡作为存储介质，并且能够轻松驱动功率为10W的喇叭播放声音。
3.如权利要求2所述的智能垃圾桶，其特征在于：语音播报模块上设有USB接口，所述的USB接口暴露在垃圾桶的外部。
4.如权利要求1所述的智能垃圾桶，其特征在于：超声波模块采用非接触式感应距离测试模块，其测量精度可以高达3mm，超声波模块包括发射器、接收器和控制电路，超声波模块的外围设有输入口和输出口，其输入端每隔10us输出一个高电平信号，超声波模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回，当有信号返回时，通过输出口输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，测试的距离＝(高电平时间*声速340m/s)/2。
5.如权利要求1所述的智能垃圾桶，其特征在于：在垃圾桶的正前方安装三个红外避障模块，红外避障模块分别位于垃圾桶正前方的上部、中部和下部。
6.如权利要求1所述的智能垃圾桶，其特征在于：每一个红外避障模块包括一个红外发射管、一个红外接收管和比较器电路，红外发射管发射出红外线，当红外发射管的检测方向上没有障碍物时，红外接受管接收不到发射管发出的红外信号，此时比较器电路的输出端的正电压高于输入端的负电压，输出端输出高电平给Arduino板；当红外发射管的检测方向上遇到障碍物时，发射出去的红外线会被发射回来同时被接收管接收，此时比较器电路的输出端的正电压低于输入端的负电压，输出端输出低电平给Arduino板，Arduino板输出控制信号给电机驱动模块，由电机驱动模块驱动电机工作。更进一步的，红外避障模块的型号采用LM393。
7.如权利要求1所述的智能垃圾桶，其特征在于：红外避障模块上还设有电位器，通过调节电位器的旋钮的角度，可以用于调节红外测试的有效距离，红外测试的有效距离为2～30cm。
8.如权利要求1所述的智能垃圾桶，其特征在于：Arduino板的其中一个管角通过一个电机驱动模块后与两个电机分别连接，电机驱动模块可以将工作电压从5V放大到12V，Arduino板通过输出调节PWM波，从而控制电机的输入端电压，当输出给两个电机的电压不同时，垃圾桶进行转向动作，当输出给两个电机的电压完全相同时，则垃圾桶进行执行动作。
9.如权利要求1所述的智能垃圾桶，其特征在于：舵机包括伺服器和输出轴，当Arduino板向舵机发送一个控制信号时，舵机的输出轴可以转到特定的位置，只要Arduino板向舵机发送的控制信号持续不变，舵机就保持轴的角度位置不变，当Arduino板向舵机发送的控制信号改变，舵机的输出轴的位置也会发生相应的变化。
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