发布时间：2021-07-28所属分类：免费文献浏览：1次
摘 要： 自动化与仪器仪表
《基于微信和单片机的垃圾分类回收系统》论文发表期刊：《自动化与仪器仪表》；发表周期：2021年03期
《基于微信和单片机的垃圾分类回收系统》论文作者信息：胡景勤( 1973－) ，女，陕西合阳人，讲师，硕士，主要研究方向为自动化与电子信息应用技术。
摘 要: 为了解决垃圾分类回收问题，提出了基于微信和单片机的自动压缩垃圾分类回收系统，其技术创新是充分发挥单片机、云服务器与手机微信平台的交互性。扫描二维码后，单片机控制传感器，WiFi 模块连通单片机与微信云服务器实时发送请求或传输数据。对系统测试分析，多路传感器能引导用户准确分类投放垃圾，微信小程序提供投放记录、垃圾分类查询、积分兑换等，增强垃圾分类投放意识，可推广到公共和居民生活区域。
关键词: 单片机; 微信平台; 无线通信; 垃圾分类回收
Abstract : In order to solve the problem of garbage sorting and recycling, an automatic compression garbage sorting and recycling system based on wechat and single chip microcomputer is proposed. Its technical innovation is to give full play to the interaction of MCU, cloud server and mobile wechat platform. Scan two-dimensional code, single-chip microcomputer control sensor, WiFi module connect MCU and wechat cloud server, send request or transmit data in real time. For the system test and analysis , multi-channel sensors can guide users to accurately classify and put garbage; wechat small programs provide release records, garbage classification que-ry, points exchange, etc., to enhance the awareness of garbage classification and release, which can be extended to public and residential areas.
Key words : single chip microcomputer; wechat platform; wireless communication ; garbage sorting and recycling
0引言
随着经济迅猛发展，垃圾分类回收对生命健康、节约能源和生态环境等产生极大影响。但是，当前垃圾分类回收效率低下，主要原因是多采用垃圾分类投放与宣传管理维护之间相分离回收系统，如传统式、机械式、电控式、网宣式、管理式等系统。针对以上存在问题，利用微信平台的广泛性和便利性，提出一种基于微信和单片机的垃圾分类回收系统，技术特点是实现单片机、云服务器与微信小程序的有机协调统一，自动引导用户执行准确垃圾分类投放任务，调动用户垃圾分类投放主动性，解决垃圾分类回收问题。
1系统框架搭建
基于微信和单片机的自动压缩垃圾分类回收系统，主要实现功能有：通过引导、提示和检测，让居民对生活垃圾分类投放：采用无线网络通信技术，实时获取生活区用户垃圾投放数据：利用微信平台处理数据，形成垃圾分类奖励机制。如图1所示系统主框架，由手机微信用户端、智能垃圾分类设备、微信小程序服务平台构成。
手机微信用户端：生活区智能手机用户，在Wechat微信小程序[前台，搜索关键词，或扫一扫二维码，关注微信公众号，添加微信小程序，可查询、投放和了解垃圾分类信息等，微信小程序具有无需安装、触手可及、用完即走、无须卸载等特性。
智能垃圾分类设备：由系统扫描面板、单片机控制系统和四类分类垃圾箱组成，即蓝色可回收垃圾箱、绿色厨余湿垃圾箱、灰色其它干垃圾箱和红色有毒物质垃圾箱。单片机协同控制下，手机微信扫描投放登录，串口无线网络通信，多路传感器引导居民，执行垃圾分类投放任务。微信小程序服务平台：微信小程序是一种支持多平台运行的连接用户与后台支持的服务方式，包含一个主体描述程序app和多个描述页面pages，具有基于WXML+Wxss视图层、JavaScript逻辑层和数据事件系统的数据层框架，提供可视化界面和后台数据服务2。逻辑层处理事务逻辑，将数据处理后发送给视图层，接受视图层事件反馈，视图层是以组件显示数据，如导航、多媒体、个人中心、无缝切换页面等组件，配有丰富的微信原生 API，如采集用户数据、扫一扫、二维码、查询、支付、积分兑换等。
2 硬件系统开发
单片机控制系统协调运行，先检测人体、扫描二维码、播放提示语音、判断是否有人投放垃圾、开启和关闭垃圾箱门、执行分类投放垃圾; 再监测垃圾重量、垃圾箱是否充满;串口无线通信模块，将所采集垃圾数据，传输给微信服务器。如图 2 所示硬件系统结构。
选用 STC89C51RC 单片机[3]，是由4K字节Flash 闪存，32 个可控制 I/O 端口，两个定时器/计数器及时钟震荡电路组成，自带一个高增益反向放大器，可在外部接合适元件制成振荡器。在 XTAL1 和 XTAL2 端，加一个石英晶体振荡器和 30 pF 微调电容，选 11. 059 2 MHz 晶振频率有利于串口通信[4]。
2. 1 垃圾分类投放系统
要实时检测微信用户垃圾投放请求，单片机接收到投放信号，向传感器模块发送指令，执行垃圾分类投放程序。
人体感应模块：利用红外线的隐蔽性，光电传感器检测用户是否投放垃圾，将判断信息传给单片机[。有人站在垃圾箱前方时，经人体产生反射信号，等待电容充电延时3秒，单片机输出低电平，发出12 MHz脉冲信号，驱动步进电机转动，开启垃圾箱门;当垃圾箱前方无人时，不会产生发射信号，单片机输出高电平，垃圾箱门不动作。采用E18-
D8ONK光电传感器[，由红外线发光二极管和光敏晶体管，通过障碍物反射实现光耦合，可探测距离2 cm-80cm，角跨度为110度，有延时功能避免干扰信号影响。
语音引导模块：有人投放垃圾时，引脚电平发生变化，播放预设提示语音，让用户分类投放垃圾，连续播放三遍后停止播放语音[。语音引导级别优先于自动开关垃圾箱门，当红外模块检测到垃圾箱充满时，蜂鸣器发出短促报警声，电磁阀常开触点导通电路，使垃圾箱门无法打开，WiFi模块发送报警信息，提醒工作人员，及时清运垃圾。采用QJ008M01语音芯片回，内置标准5V-82-1 W喇叭，支持多次擦除烧写、多种UART控制播放、24位DAC输出、最高范围90dB等。
垃圾箱门动作模块：采用驱动步进电机，开启与关闭垃圾箱门。为了充分利用垃圾箱空间，在垃圾箱体上端安装自动压缩装置，由一定强度压缩板和伸缩弹簧连杆构成，弹簧连杆与垃圾箱门相连接。根据实际需求，选28BY48型四相八拍电机，电压范围DC5 v-12 V：采用ULN2003芯片驱动步进电机[9]，具有电流增益高、工作电压高、温度适宜范围广等特点。单片机不发送脉冲信号时，步进电机不工作：单片机发出脉冲信号，ULN2003放大，输出高电平使继电器吸合，步进电机正向转动，开启垃圾箱门并压缩板降落：当投放垃圾结束，关闭垃圾箱门并压缩垃圾，播放提示语音，提醒用户查看投放记录。
2.2 采集垃圾数据系统
要实时测量用户投放垃圾重量和垃圾箱容量，单片机检测到数据信息，经串口无线通信模块，上传数据到微信平台服务器。
垃圾称重模块功能：当垃圾箱门闭合，垃圾投放结束，单片机启动垃圾称重程序。它置于垃圾箱底部，为电阻应变压力传感器[a，A/D转换可输出垃圾重量。选择350 22个灵敏度的电阻应变片，在平行梁弹性元件表面对称粘贴应变片，四组应变片连接成全桥等臂电路，能最大限度地减小非线性并提高灵敏度，还具有温度补偿效应。采用HX711A/D转换器芯片[1，24位高精度、稳压电源、信号放大、时钟振荡器和上电自动复位功能。经电阻应变感应和模数转换，最大称重量200 kg，误差范围控制在+2g内。
垃圾箱测满模块：由垃圾称重与超声波测距协同完成，检测是否达到最大容量和最大承重量。超声波测距离，采用t时间测距法，计算距离公式s=t/2，o为超声波传播速度，与环境温度有关，关系式 =331.5+0.6077，T为实际介质摄氏温度。超声波测距传感器，由压电超声波发射器和接收器组成，选频率f=40 kHz超声波，具有最大灵敏度、声压能级特性[2。单片机控制压电换能器产生超声波，驱动放大电路发射40kHz脉冲信号，计数器开始计数，检测到反射回波信号，计数器停止计数，测量时间1=N/，N为接收到超声波脉冲数，同时测出当前环境介质温度，单片机计算传播距离。与计算水平传播距离相比，等于垃圾箱内径表示垃圾箱未装满状态，小于垃圾箱内径表示垃圾箱充满状态。选HC-SR04超声波传感器[1，具有TTL输出，探测距离2 cm-450cm，可达0.2cm高精度;选DS 18B20温度传感器，检测温度范围-55 ℃-125 ℃，12位对应分辨率0.0625℃
无线通信模块：单片机控制，由WiFi模块和自带串口通信，实现无线网络交互传输数据，连通感知控制端和手机微信用户端。扫描二维码，发起请求信号到微信后台服务器，无线通信模块接收反馈信号，单片机解析并执行命令[1，以SON格式编辑处理，采用POST方法，打包发送数据，云端解包处理，发送到手机微信用户端。由SDK开发ESP8266 WiFi模块[13，以STA组网模式，AP连接入Inter-
net，微信后台服务器上传和下载数据，监控并发送控制指令或信息，保证无线传输速度与抗干扰能力。
3软件系统开发
采取单片机与微信平台相结合，即人体检测控制或手机微信端扫描登录，执行分类投放垃圾程序，传输和处理数据信息。
3.1微信平台应用设计
采用wxml+wxss tjavascript php 技术[，在手机用户、微信服务器和开发服务器间交互消息。在微信小程序界面，手机用户可实现搜索查询、投放记录、积分兑换等。具体执行程序，见图 3 所示手机微信控制流程。
3. 2 分类投放垃圾设计
在 STC89C51RC 单片机控制下[17]，系统初始化，驱动ESP8266 WiFi 模块，接收用户投放垃圾指令，依次执行人体检测、语音引导、垃圾箱门动作、垃圾称重、压缩垃圾、垃圾测满等程序，单片机与 WiFi 模块串口通信，采集并处理数据，上传到微信后台服务器。其具体执行程序，见图 4 所示单片机控制流程。
4系统测试效果
基于微信和单片机的垃圾分类回收系统创新功能实现了单片机控制端-微信云服务器-手机用户微信终端的交互性，充分利用基于C语言的单片机控制传感器执行，基于互联网的云服务器和MINA框架的微信小程序。
4.1测试内容
对系统整体性能，主要从以下几个方面测试：感知采集数据功能，主要是单片机控制、多路传感器协调运行与WiFi网络模块串口通信等。
微信网络互联功能，主要是手机用户微信扫描二维码、无线通信模块、微信云服务器之间相互发送请求和传输数据等。手机用户微信小程序功能，主要是注册登陆、垃圾分类查询、垃圾投放积分规则等。
4. 2 测试结果分析
在系统测试时，对 5 个垃圾投放环节，分别多次重复试验: 第一环节距离垃圾箱 80 cm 外，第二环节距离垃圾箱 80 cm 以内而在 3 s 内离开，第三环节厨余湿垃圾，第四环节其他干垃圾，第 5 环节可回收旧报纸。对垃圾分类微信小程序测试，制定了积分规则: 一次投放记录，获得 10 个积分点; 一次投放重量，只设定可回收垃圾能获得积分，每 0. 1 kg 获得 10 个积分点。
从以上表 1 系统性能测试数据结果分析，可判断人体感应、语音引导、垃圾箱门动作等能良好运行; 手机用户微信端，垃圾分类回收小程序，能实时接收和更新用户垃圾投
放信息。
5 结束语
基于微信平台的自动压缩垃圾分类回收系统，有效融合了单片机控制和微信数据服务。利用语音引导、扫描二维码、红外探测技术，三方引导用户分类投放垃圾，无线通信模块优化了发送和接收数据功能。最大的特点是采用微信小程序，易开发、易宣传、成本低，有庞大的手机微信用户群体，有助于推广垃圾分类回收系统，能适应多种区域环境，在公共区域零散分类回收垃圾，在居民生活区集中分类回收垃圾，提高了垃圾分类回收效率等。
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