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一、項目概述 1.1引言 隨著(zhù)科技發(fā)展的日新月異，生活垃圾已經(jīng)成為影響環(huán)境，影響人類(lèi)生活，甚至影響人類(lèi)生存環(huán)境的重要因素。大街小巷，旅游景點(diǎn)，校園內部到處充斥著(zhù)人類(lèi)的生活垃圾，垃圾桶已經(jīng)成為人們日常生活中常見(jiàn)的必備用品，每天長(cháng)千上萬(wàn)個(gè)環(huán)衛工人，垃圾回收車(chē)輛忙碌在回收處理垃圾的第一線(xiàn)�；厥仗幚砝且患M時(shí)費力的工作，每天需耗費大量的人力物力，然而有些垃圾桶卻不一定裝滿(mǎn)，卻也被回收，由此造成了對車(chē)輛人員油料的極大浪費。尤其是旅游景點(diǎn)，山路之上的垃圾桶，準確掌握這些垃圾桶的存儲狀況，對于節省人力物力將具有明顯的效果。 在這種需求之下，智能垃圾桶監測報警系統應運而生。智能垃圾桶報警系統采用傳感器檢測垃圾桶存儲狀況，并將之傳送到垃圾處理中心，及時(shí)掌握垃圾桶存儲狀況，準確處理垃圾。首先，垃圾桶中的智能傳感器將檢測垃圾桶的存儲狀況，如果垃圾桶已經(jīng)裝滿(mǎn)，將通過(guò)無(wú)線(xiàn)智能模塊將垃圾桶的存儲狀況發(fā)送到垃圾回收處理中心，垃圾處理中心再根據情況及時(shí)派出人員處理垃圾，做到實(shí)時(shí)準確，節省人力物力。 1.2創(chuàng )新點(diǎn) (1)利用可再生資源-太陽(yáng)能作為系統的供電系統，既節能又可靠。 (2)將語(yǔ)音直接下載到語(yǔ)音儲存電路內方便快捷; (3)將Zigbee技術(shù)應用于垃圾桶遠程報警系統，它可以自組網(wǎng)絡(luò )。 (4)利用GPRS網(wǎng)絡(luò )遠程傳送信息，可靠快速。 二、需求分析 2.1功能要求 智能垃圾桶遠程報警系統主要由RFD(簡(jiǎn)易功能設備)和FFD(全功能設備) RFD主要由電源模塊、語(yǔ)音模塊、系統主控模塊、Zigbee模塊、傳感器模塊五大部分組成。 (1)電源模塊 系統電源模塊有兩塊蓄電池，一塊太陽(yáng)能接收板，有陽(yáng)光時(shí)，太陽(yáng)能接收板向蓄電池充電，同時(shí)為整個(gè)電路提供電源，陰天或光線(xiàn)不好時(shí)，蓄電池為整個(gè)電路提供電源。 (2)語(yǔ)音模塊 語(yǔ)音模塊主要由音頻下載電路、語(yǔ)音存儲電路以及音頻功放電路三部分組成。語(yǔ)音模塊主要完成以下三種功能： �、倌軌驅⒄Z(yǔ)音通過(guò)USB下載入存儲模塊; �、诋斢腥丝拷欢ň嚯x時(shí)，語(yǔ)音模塊自動(dòng)提示; �、郛斎穗x開(kāi)一定距離時(shí)，語(yǔ)音模塊再次啟動(dòng)提示。 本裝置通過(guò)USB接口將MP3格式的提示音頻信息下載至語(yǔ)音存儲電路中。通過(guò)外放模塊進(jìn)行播報�；诒灸K的應用需要，設計選用了側重于音頻信號處理的基于A(yíng)T32UC3A的EVK110開(kāi)發(fā)板作為開(kāi)發(fā)平臺。 (3)系統主控電路 系統主控電路及按鍵顯示模塊主要完成系統頂層的綜合管理、功耗控制和信息存儲等功能，提高系統整體的自動(dòng)化及智能化水平。 本項目采用高性能、低功耗的32位的AVR的AT32UC3A芯片作為系統微控制器，以實(shí)現對語(yǔ)音模塊﹑zigbee模塊﹑gprs模塊﹑傳感器模塊電路的控制。 (4)zigbee模塊 zigbee模塊主要完成以下兩個(gè)功能： �、僮詣�(dòng)搜索其他的RFD(簡(jiǎn)易功能設備)，組成星型網(wǎng)絡(luò )。 �、诎裄FD信息傳送到FFD(全功能設備)。 利用zigbee技術(shù)可以快速，準確的把信息傳送，節省了設備間的連線(xiàn)。 (5)傳感器模塊 �、贆z測人扔垃圾的紅外傳感器用紅外壁障傳感器，此傳感器對環(huán)境光線(xiàn)抗干擾能力很強、是用一對紅外發(fā)射管與接收管完成探測距離，發(fā)射管發(fā)射出高頻的紅外線(xiàn)信號，當檢測到前方有障礙物(反射面)時(shí)，紅外線(xiàn)反射回來(lái)被接收管接收，此時(shí)指示燈亮起，經(jīng)過(guò)電路處理后，輸出低電平信號，從而觸發(fā)語(yǔ)音提示系統，提醒人們將垃圾分類(lèi)，人道正確的垃圾箱中。通過(guò)調節傳感器的VR1電位器可以調節檢測的距離。此傳感器的主要性能指標如下： 輸入電壓：4.0V -6.0V 輸入電流：小于15mA 輸出方式：數字量;(有紅外反射信號反饋時(shí)，輸出低平。) 可調距離：5cm~40cm、靈敏度高。 可調發(fā)射頻率：各個(gè)模塊調節在不同的發(fā)射頻率，可以同時(shí)使用多個(gè)模塊一起工作，相互不干擾。此傳感器性能穩定，工作模式簡(jiǎn)單，是首選選擇。 �、诶皟扔脗鞲衅� 采用OS806對射式紅外傳感器。OS806傳感器有原裝進(jìn)口高發(fā)射的砷化鎵紅外發(fā)射管和高靈敏度的光敏晶體管組成，它是利用被檢測物對光束的遮擋，由同步回路選通電路，從而檢測物體的有無(wú)。而且這種傳感器價(jià)格便宜，對環(huán)境適應性強，非常適合在此系統中應用。 特點(diǎn)： 1、高可靠性， 2、響應速度快，光縫0.5mm，槽寬4mm，腳距9mm. �、騀FD主要由電源模塊、zigbee模塊、控制系統模塊、GPRS模塊四大部分組成 GPRS通信模塊 傳送距離遠 信息傳輸穩定 利用移動(dòng)平臺把區域內垃圾箱的信息傳送到垃圾站。 本項目系統架構如圖1所示： 圖1系統架構圖 其中RFD的構架圖如圖2所示： 圖2 RFD架構圖 其中FFD的構架圖如圖3所示： 圖3 FFD機構架構圖 2.2性能要求 本項目要達到的性能指標： (1)在光線(xiàn)充足的情況下，太陽(yáng)能電池板可在12小時(shí)內將兩塊蓄電池充滿(mǎn)電同時(shí)對整個(gè)電路供電。已充滿(mǎn)電的蓄電池可在無(wú)光線(xiàn)時(shí)，確保垃圾桶檢測報警裝置至少正常工作72小時(shí); (2)經(jīng)音頻功放電路處理，系統可播報符合實(shí)際要求的語(yǔ)音效果，雜音干擾少; (3)zigbee模塊功耗低，反應靈敏激活發(fā)送僅15ms.能夠自組網(wǎng)絡(luò )，能容納200個(gè)以上的節點(diǎn)，廣播的形式發(fā)送信息避免交互應答，并且能夠避免信息碰撞。 (4)系統語(yǔ)音存儲電路容量大，具備至少存儲200多個(gè)節點(diǎn)地址信息和200多個(gè)垃圾箱的信息。 三、方案設計 3.1系統功能實(shí)現原理 本設計以AVR的AT32UC3A芯片作為微控制器在此基礎上建立FFD和RFD，RFD利用太陽(yáng)能電池板為整個(gè)裝置提供電源，在此基礎上搭建語(yǔ)音模塊、zigbee模塊、傳感器模塊等外圍電路，構成了基于太陽(yáng)能垃圾箱信息系統。當有人丟垃圾時(shí)提供語(yǔ)音提示，并把垃圾箱內的信息傳送給FFD.實(shí)現垃圾箱的無(wú)人監管。FFD利用太陽(yáng)能電池為整個(gè)裝置提供電源在此基礎上搭建zigbee模塊GPRS模塊等構建起外圍電路。進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )管理，接收RFF傳送來(lái)的垃圾箱信息，并對信息加以分析，并把分析好的信息傳送到接收終端設備(手機)。 該系統不僅可以節省不可再生資源的使用量，更保護了環(huán)境，同時(shí)語(yǔ)音提示提高了垃圾的分類(lèi)率，間接的提高了垃圾的回收利用。并且不必要線(xiàn)路連接節省了設備開(kāi)支。該系統把信息及時(shí)的傳送給垃圾站，不必要派人專(zhuān)門(mén)監管，節省了大量的物理人力，并能保證垃圾箱隨時(shí)處理。 3.2硬件平臺選用及資源配置 本系統選用基于高性能、低功耗AT32UC3A芯片的EVK110硬件平臺，主要選用了開(kāi)發(fā)板的USB數據傳輸、AT32UC3A控制處理、MP3播放器等功能部分。利用其USB接口下載MP3格式的語(yǔ)音報站文件至語(yǔ)音存儲模塊，并利用MP3播放器播放信息內容，MCU則負責控制整個(gè)系統的工作過(guò)程。利用支持zigbee技術(shù)和GPRS進(jìn)行信息的無(wú)線(xiàn)傳輸 3.3系統軟件流程 系統軟件流程主要分為FFD主程序流程圖和RFD流程圖兩部分，RFD系統主程序流程圖主要完成語(yǔ)傳感器信號的接收、信號分析、音文件的傳輸與保存、語(yǔ)音提示和zigbee模塊的激發(fā)。FFD主程序流程圖主要完成網(wǎng)絡(luò )管理、信息接收、信息分析和GPRS模塊的激發(fā)。 RFD系統的主流程圖如圖4所示： 圖4系統主程序流程圖 FFD的程序流程圖如圖5所示： 圖5 FFD模塊流程圖 3.4系統預計實(shí)現結果 基于Zigbee的垃圾桶遠程監控報警系統主要具有以下功能： (1)系統電源模塊有兩塊蓄電池，一塊太陽(yáng)能接收板，有陽(yáng)光時(shí)，太陽(yáng)能接收板向蓄電池充電，同時(shí)供整個(gè)電路用電，陰天或光線(xiàn)不好時(shí)，蓄電池為整個(gè)電路電源 (2)當有人靠近扔垃圾時(shí)，雙語(yǔ)語(yǔ)音播報提示信息; (3)當垃圾桶內垃圾已滿(mǎn)時(shí)，檢測發(fā)送模塊向信息收集模塊發(fā)送信息; (4)Zigbee網(wǎng)絡(luò )收集各個(gè)垃圾桶的存儲狀況，將信息匯總，經(jīng)過(guò)AVR模塊處理，將信息通過(guò)GPRS發(fā)送出去。 (5)信息處理中心接受發(fā)送的信息，掌握垃圾桶存儲狀況并作出精確處理。 |
