CN210593621U - 基于NB-IoT的带清扫功能的智能垃圾桶 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于NB‑IoT的带清扫功能的智能垃圾桶，包括：桶盖、桶体和桶底，在桶底外侧安装滑轮以及吸尘清洁装置，还包括智能控制系统，所述智能控制系统包括：安装于桶盖内侧用于检测桶内垃圾高度的红外传感器测距装置、用于感应与障碍物距离的超声波测距模块、用于驱动滑轮的电机驱动模块、主控制模块、NB‑IoT通讯模块。本实用新型可自动避开障碍物达到标志点，同时当检测到垃圾桶内垃圾已满时自动报警，将通过通讯模块与负责清洁的工作人员联系或自行前往垃圾站，及时倾倒垃圾，避免因垃圾桶内垃圾已满而导致的无法使用现象。

Description

基于NB-IoT的带清扫功能的智能垃圾桶

技术领域

本实用新型涉及智能垃圾桶，特别涉及基于NB-IoT的带清扫功能的智能垃圾桶，属于有刷具和真空吸尘的组合驱动装置的技术领域，也属于有贮存脏物装置的技术领域。

背景技术

垃圾桶是我们日常生活中随处可见的重要生活用品，垃圾桶在日常生活中的有效应用对于人们生活品质的提高、环境质量的改善乃至提升城市与国家形象有着不可或缺的作用。但是，如今在许多公共场合，随手丢垃圾的现象时有发生，公共环境的卫生质量存在明显问题。究其原因，是由于传统型的垃圾桶没有充分发挥甚至是丧失了作用。

传统型的垃圾桶多为固定放置，而公共场所的垃圾清理工作则由专职清洁人员完成，由于垃圾桶数量有限、容量有限、工作人员清倒不及时及摆放位置分布不均等因素的限制，导致了许多“有桶难寻”甚至“有桶不用”的行为产生。垃圾桶功能的严重丧失不仅仅对公共场所的环境卫生造成了极其恶劣的破坏，同时也给人们的身心健康带来十分负面的影响。

实用新型内容

本实用新型主要研究内容是将“智能机器人”与“垃圾桶”有机结合起来，并附加具有便利性与实用性的功能，实现智能垃圾桶自主移动并且，运用新型物联网技术智能判断垃圾存储量，当桶内垃圾存满时自动报警。

为实现上述技术目的，本实用新型采用了以下技术方案。

本实用新型提供了基于NB-IoT的带清扫功能的智能垃圾桶，包括：桶盖、桶体和桶底，在桶底外侧安装滑轮以及吸尘清洁装置，还包括智能控制系统，所述智能控制系统包括：安装于桶盖内侧用于检测桶内垃圾高度的红外传感器测距装置、用于感应与障碍物距离的超声波测距模块、用于驱动滑轮的电机驱动模块、主控制模块和NB-IoT通讯模块，所述主控制模块分别与吸尘清洁装置、红外传感器测距装置、超声波测距模块、电机驱动模块以及NB-IoT通讯模块相连，通过机械传动装置和连杆将所述桶盖和所述桶体连接在一起。

进一步地，所述智能控制系统还包括安装于桶体顶部的红外检测装置，所述主控制模块与红外检测装置连接。

进一步地，所述智能垃圾桶还包括可通过无线充电设备或外接电源充电的锂电池。

优选地，所述电机驱动模块采用L298N电机驱动器。

优选地，所述红外传感器测距装置包括红外测距传感器LDM301。

本实用新型所取得的有益技术效果：

本实用新型当检测到垃圾桶内垃圾已满时自动报警，将通过通讯模块与负责清洁的工作人员联系或自行前往垃圾站，及时倾倒垃圾，避免因垃圾桶内垃圾已满而导致的无法使用现象，并且节省了人工检查的工作量；

本实用新型采用了NB-IoT通讯模块作为通信模块，NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级；

本方明设计了红外检测装置，可自动感应有人靠近，提高了垃圾桶的智能化。

附图说明

图1是本实用新型具体实施例结构原理框图示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

基于NB-IoT的带清扫功能的智能垃圾桶，包括：桶盖、桶体和桶底，在桶底外侧安装滑轮以及吸尘清洁装置，还包括智能控制系统，所述智能控制系统包括：安装于桶盖内侧用于检测桶内垃圾高度的红外传感器测距装置、用于感应与障碍物距离的超声波测距模块、用于驱动滑轮的电机驱动模块、主控制模块和NB-IoT通讯模块，所述主控制模块分别与吸尘清洁装置、红外传感器测距装置、超声波测距模块、电机驱动模块以及NB-IoT通讯模块相连，通过机械传动装置和连杆将所述桶盖和所述桶体连接在一起。

该智能垃圾桶设计兼有“清扫垃圾”的功能，智能垃圾桶的下部装有带集尘盒的真空吸尘装置，机身有灰尘存储装置，在所经之处进行地面吸尘与清扫，采用刷扫和真空吸尘相结合的方式，将地面杂物吸纳进入自身的垃圾收纳盒，或者通过一个胶刷、一个毛刷相对旋转夹起垃圾使之进入垃圾收纳盒，从而能够高效地完成地面清扫的功能。

该智能垃圾桶的主体机身设计优选地为“类圆柱体”型，方便机身快速旋转、移动并可以进行全方位超声波测距与红外感知，上部开口作为“垃圾投入口”，下部装有滑轮与吸尘清洁装置(一个胶刷、一个毛刷、渗水抹布)，总体高度约80至100厘米，占用空间比较小且方便移动。

本实用新型的智能垃圾桶采用的NB-IoT通讯模块：当红外传感器测距装置检测桶内垃圾容量，并将信号传送到主控制模块，主控制模块根据返回信号计算桶内垃圾距离桶顶的距离，当距离小于预设的阈值时，主控制模块发出预警状态信息；预警状态信息由NB-IoT模块传递给负责清洁的工作人员，方便工作人员在第一时间知悉垃圾桶内容量信息并及时给予处理。

垃圾桶与清洁工作人员之间的信息传递主要利用窄带物联网技术(Narrow BandInternet of Things,NB-IoT)。窄带物联网是万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。

窄带物联网技术支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，该技术具备四大特点：一是广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，相当于提升了100倍覆盖区域的能力；二是具备支撑连接的能力，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；三是更低功耗，NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年；四是更低的模块成本，企业预期的单个接连模块不超过5美元。NB-IoT使用授权频段，可采取带内、保护带或独立载波等三种部署方式，与现有网络共存，能够进行较为高效的网络连接，能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

在该实施例中超声波测距模块包括传感器系统,其发射头部分包含两个组成部分：振荡和功放，主要负责向传感器输出一个有一定宽度的高压脉冲串，并使用其内部HC-SR04模块转换成声能发出去。HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。首先，采用IO口TRIG触发测距，给最少10us的高电平信呈。其次，模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；最后，如果接受到有信号返回，通过IO口ECHO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。

传感器系统的接收头采用与发射头配对的UCM40R，将超声波调制脉冲变为交变电压信号，经运算放大器IC1A和IC1B两极放大后加至IC2，IC2是带有锁定环的音频译码集成块LM567，通过公式计算得内部的压控振荡器的中心频率，由电容决定其锁定带宽。调节电阻在发射的载频上，则LM567输入信号大于25mV，输出端由高电平跃变为低电平，作为中断请求信号，送至主控制模块处理(在具体实施例中，优选地主控制模块包括单片机)。

在具体实施例中，智能垃圾桶拟采用四轮驱动的方式，通过两驱动轮的差速调节方式来实现控制机器人的前进、后退和转弯等功能，所以主控制模块要发出两路可调占空比的PWM波，然后通过驱动芯片分别控制左、右轮电机速度，分别带动驱动轮运动，利用现有技术中，基于标志点的路径规划以及随机与局部规划相结合的混合路径规划两种路径规划算法，以方向和速度控制机器人来避障。同时，为了精确控制左右轮的转速和机器人的位置，采用在左右电机上加入光电码盘，以精确测出左右轮转速和行进距离，信息返回到主控制模块中，进入数字PI调节器中，从而可以调节主控制模块输出的PWM的占空比，接着调节电机转速，即构成测速负反馈系统。主控模块以主控制模块为处理核心，通过采集超声波接收器信号，将信号转换为一定的距离值，通过分析判断，由外部障碍物分布情况，作出合理的避障决策，然后向电机发出指令，控制其车轮转速和机器人的速度和转向，停止原方向前进并转动一定角度，从而实现避开障碍物。

在以上实施例的基础上，所述智能控制系统还包括安装于桶体顶部的红外检测装置，所述主控制模块与红外检测装置连接。

红外检测装置包括红外传感器，实现监测垃圾桶容量功能。利用红外线传播时的不扩散原理，因为红外线在穿越其它物质时折射率很小，而红外线的传播需要时间，当红外线从测距仪发出直至碰到反射物被反射回来并被测距仪接收，根据红外线从发出到被接受到的时间及红外线的传播速度算出距离，这一过程即称为激光红外光电测距。将红外传感器发射端与接收端置于垃圾桶桶身顶端，通过内含垃圾上限与垃圾桶桶身顶端之间的距离判断垃圾容量，

红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，利用的红外测距传感器LDM301发射出一束红外光，在照射到物体后形成一个反射的过程，反射到传感器后接收信号，然后利用CCD图像处理接收发射与接收的时间差的数据。经信号处理器处理后计算出物体的距离。

在具体实施例中可以使用测距仪获得垃圾上层与垃圾桶盖之间的测距信号。测距仪的反光镜为一块棱镜。它是立方体玻璃的一个角，具有三个相互垂直的反射角，故又称为角反射器。其正向有加工成矩形或圆形的不同品种。棱镜式反射器的主要特点是反射光线平行于入射光线，而且使用多块棱镜组合的反光镜，能使回光叠加。

由主控振荡器(即主振)产生的调制信号频率f，经放大后加到Ga/As发光管，经电流调制出射红外调制光，经反射后，回光被接收光学系统所接收，到达硅光敏二极管，经过光电转换，得到高频的测距信号。通过红外测距得出垃圾上层与垃圾桶盖之间的距离，则可以发出判断出垃圾桶容量是否已满的信号。当桶内的垃圾到达阈值时能通过无线发送模块反馈到汇聚节点处并及时通知清洁人员进行清理。

优选地主控制器采用微电脑控制芯片即单片机，在桶盖上集成红外线探测装置，通过机械传动装置和连杆机构将桶盖与桶体连接，自动开关盖(即桶盖)的机械传动装置由电路芯片控制，由红外线检测装置和机械电子驱动系统组成。只要有物体接近感应区范围内，桶盖便会自动开启，物体或手离开感应区数秒后桶盖会自动关闭，不需要外接电源，靠电池供电，使用电耗低。结合红外感应及微电脑组成的精美流线型外观感应翻盖设计，灵活方便，无需手动或脚踩，就能轻松丢垃圾。物体或手离开感应区数秒后桶盖会自动关闭，不需要外接电源，靠电池供电，使用电耗低。

在以上实施例的基础上，所述智能垃圾桶还包括可通过无线充电设备或外接电源充电的锂电池，所述锂电池可以通过无线充电设备或外接电源进行充电，兼容有线/无线两种方式的充电，锂电池为各个模块提供电源，因其方便充电有效地解决了智能垃圾桶的充电问题。智能垃圾桶可以根据充电站NB-IoT模块发出的位置信息自主前往充电站进行充电。可以在充电站一定距离范围之内由无线供电设备(充电器)将能量传送至智能垃圾桶，该装置使用接收到的能量对电池充电。由于充电器与垃圾桶之间以电感耦合传送能量，两者之间只需要满足一定距离范围，可不用电线连接传输。

在以上实施例的基础上，所述电机驱动模块采用L298N电机驱动器。

电机驱动部分主要使用L298N电机驱动器，L298N是一种双H桥电机驱动芯片，其中每个H桥可以提供2A的电流，功率部分的供电电压范围是2.5-48V，逻辑部分5V供电，接受5VTTL电平。该芯片采用15脚封装，最高工作电压可达46V，输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A，额定功率25W。L298N电机驱动器为高电压、大电流全桥式驱动器，采用标准逻辑电平信号控制，具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作，可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。

本实用新型的控制方法如下：

主控制模块接受清扫目标地址，利用基于标志点的路径规划以及随机与局部规划相结合的混合路径规划两种路径规划算法(该算法为现有技术)获得路径信息；同时控制器控制超声波测距模块执行测距动作，并根据返回的信号计算智能垃圾桶与障碍物的距离；主控制通过控制滑轮的运动方向或运动速度来避免与障碍物碰撞；红外传感器测距装置检测桶内垃圾容量，并将信号传送到主控制模块，主控制模块根据返回信号计算桶内垃圾距离桶顶的距离，当距离小于预设的阈值时，通过NB-IoT通讯模块向后台发出报警信号；控制器控制吸尘清洁装置完成吸尘清洁工作。

当红外检测模块感应将检测信号传给主控制模块，当主控制模块根据返回信号确定有人靠近时，驱动连接桶盖的机械传动装置和连杆使桶盖自动开启以及自动关闭。

本实用新型“基于NB-IoT带清扫功能的智能垃圾桶”适合工作的场景为：高铁候车室、机场候机楼、地铁站、商场、销品茂、图书馆、博物馆等人流量大的室内公共场所。该实用新型是对现有传统型垃圾桶的优化与补充，极大地提高公共场所垃圾桶的有效利用率，并能够有效改善公共环境卫生现状。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.基于NB-IoT的带清扫功能的智能垃圾桶，其特征在于，包括：桶盖、桶体和桶底，在桶底外侧安装滑轮以及吸尘清洁装置，还包括智能控制系统，所述智能控制系统包括：安装于桶盖内侧用于检测桶内垃圾高度的红外传感器测距装置、用于感应与障碍物距离的超声波测距模块、用于驱动滑轮的电机驱动模块、主控制模块和NB-IoT通讯模块，所述主控制模块分别与吸尘清洁装置、红外传感器测距装置、超声波测距模块、电机驱动模块以及NB-IoT通讯模块相连，通过机械传动装置和连杆将所述桶盖和所述桶体连接在一起。

2.根据权利要求1所述的基于NB-IoT的带清扫功能的智能垃圾桶，其特征在于，所述智能控制系统还包括安装于桶体顶部的红外检测装置，所述主控制模块与红外检测装置连接。

3.根据权利要求1所述的基于NB-IoT的带清扫功能的智能垃圾桶，其特征在于，所述智能垃圾桶还包括可通过无线充电设备或外接电源充电的锂电池，所述锂电池用于提供电源。

4.根据权利要求1所述的基于NB-IoT的带清扫功能的智能垃圾桶，其特征在于，所述电机驱动模块采用L298N电机驱动器。

5.根据权利要求2所述的基于NB-IoT的带清扫功能的智能垃圾桶，其特征在于，所述红外传感器测距装置包括红外测距传感器LDM301。

6.根据权利要求5所述的基于NB-IoT的带清扫功能的智能垃圾桶，其特征在于，所述智能垃圾桶总体高度为80至100厘米。

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